Analyse der Reaktionsprodukte von Metall-Formiaten im rückstandfreien Lötprozess

Abstract:
In den letzten zehn Jahren sind rückstandsfreie Lotprozess immer populärer geworden, welche das inerte Prozessgas Stickstoff mit einem Aktivator anreichern, wie zum Beispiel Ameisensäure. Eine wachsende Anzahl an Firmen, bietet Reflow-Anlagen mit dem Prozess der Aktivierung über Ameisensäure an. Metallische Oxyde können, insbesondre Kupfer und Zinn, effizient reduziert werden. Aber unter welchen Bedingungen ist der Prozess wirklich rückstandsfrei? Der Reduktionprozess von Metallen durch Ameisensäure läuft über Formiatbildung zwischen 120 °C und 180 °C und die anschließende Desorption des Formiates zwischen 190 °C und 220 °C. Damit ist im Ofen Metallformiat in der Gasphase, welches einerseits wieder resublimieren und andererseits sich zersetzen kann und atomares Metall ablagert. Unter welchen Bedingungen geschieht dies auf der Leiterplatte? Für die Anwendungen bei Lotbumps und Preforms ist die Menge an Formiat in der Ofenatmosphäre gering und Probleme mit Rückständen wurden nicht identifiziert. Bei Verwendung von feinem Lotpulvers des Typs 4 oder des Typs 5 verändert sich die Situation, da die oxidierte Metalloberfläche insgesamt wesentlich größer ist. In diesem Paper werden die Redoxreaktionen von Zinn und Kupfer unter Ameisensäure analysiert. Zinn ist von Interesse, weil es der häufigste Bestandteil von bleifreien Loten ist, und Kupfer, weil Kupferpulver und Kupferformiate entscheidende Bestandteile von Kupfersinterpasten sind. Die Reaktionskanäle und Reaktionsbedingungen werden untersucht um Aufschluss über die Problematik von Rückständen auf der Leiterplatte zu erhalten. Hierfür wurden die Metallpulver einerseits unter Ameisensäure mit Thermographie (TGA) untersucht. Andererseits wurden auf einem Substrat in nur ca. 2 mm Abstand vom Metallpulver Depot gezielt die Zerfallsprodukte des Metallformiats kristallisiert. Die Kristalle wurden mit XRD (X-ray diffraction) und FT-ATR Spektroskopie untersucht. Es konnten Zinnformiat Kristalle SnO(HCOOH)2, Zinn Oxid Kristalle (SnO und SnO2) und Cu6Sn5 Kristalle nachgewiesen werden.