Über flussmittelfreies Ameisensäure-Löten

Das flussmittelfreie Löten mit Metallpreforms und Ameisensäure ist eine weit verbreitete Methode zur Herstellung von Leistungsmodulen. Der Marktanteil dieses Lötverfahrens in der Leistungsmodulindustrie wird auf 90% geschätzt. Vor allem Die-Attach- und Substrate-Attach-Verbindungen werden mit Hilfe von Ameisensäure gelötet. Die Ameisensäure wirkt als Flussmittel und reduziert die Oxidschichten der Fügepartner wie Kupfer- oder Nickeloberflächen sowie Zinnoxide der Lotlegierung.

Die Notwendigkeit von Ameisensäuremessungen in Echtzeit

Die Reduktionsreaktion von Ameisensäure kann wie folgt beschrieben werden:

Metaloxide + Ameisensäure @180°C –> Reinem Metall + Wasserdampf + Kohlendioxid

Durch Messung der Ameisensäurekonzentration sowie der Wasser- und Kohlendioxidmenge kann die Reduktions- und Reinigungswirkung der Ameisensäure quantifiziert werden.

Im Vergleich zu Standard-Reflow-Prozessen mit Lotpaste dauert ein Ameisensäure-Lösungsprofil aufgrund der Ameisensäure-Einwirkzeit 3-4 mal länger.

Figure 1: Ameisensäure-Reflow-Profil: Temperatur und Vakuumdruck

Durch die Quantifizierung der Reinigungsreaktion kann die Einweichzeit erheblich reduziert werden. Um ein sicheres Prozessfenster zu erreichen, muss die Einweichzeit in der Regel durch Hinzufügen einer Pufferzeit überdimensioniert werden. Die In-situ-Messung der chemischen Reaktion hilft dabei, die Einweichzeit zu minimieren und trotzdem Ausfallraten von weniger als 1 % zu erreichen.

Ein weiteres Problem beim Ameisensäurelöten ist die chargenabhängige Qualität der Kupfersubstrate, der Nickelbasisplatten sowie des Lotmaterials. Von Charge zu Charge kann sich die Qualität erheblich ändern, was eine Anpassung des Ameisensäureprozesses (Einwirkzeit und -temperatur) erforderlich machen würde. Die Echtzeitüberwachung ermöglicht es, dynamisch auf diese Veränderungen zu reagieren, während sich die Produkte noch im Ofen befinden. Das Standardverfahren besteht heute in der Analyse von Ausschussteilen und der Anpassung des Prozesses im Nachhinein. Mit dem neuen Ameisensäure-Sensor und der dynamischen Anpassung der Parameter können Ausschussteile von vornherein vermieden werden.

Was hat es mit den Ameisen auf sich:

Ameisensäure hat ihren Namen von formica = lateinischer Name für Waldameise, da die erste Ameisensäure aus Waldameisen gewonnen wurde.

Weitere Links:

• ESTC Konferenz Information
• Ameisensäure-Löten
• Training zum flussmittelfreien Löten