Oberflächen- und Volumendesign von Lötwerkstoffen

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MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

Precoplat Präzisions-Leiterplatten-Technik GmbH

Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM

3. Volumen-Design des Lötguts

Beispiele für diese Art des Designs sind in Bild 4 dargestellt. Die linke Abbildung zeigt das Gefüge einer kombinierten Schmelzlöt-Schmelzschweiß-Verbindung nach dem Schmelzlöten von Stählen mit unterschiedlichem C-Gehalt mit ei-nem Cu-Fertiglot /8/. Unter diesen Bedingungen und bei entsprechend kleinen Montagespalten entstehen während der Abkühlung der Lötgutschmelze stengelförmige FeCu-Primärkristallite (siehe kleines Bild rechts unten mit abgeätztem CuFe-Lötgut), die beide Lötanschlussflächen miteinander verschweißen /9/. Derartige Mischverbindungen zeichnen sich insbesondere durch eine deutlich erhöhte Scherfestigkeit aus /10/.

Ein ähnliches Verbindungsgefüge entsteht beim Widerstandslöten von Cu mit einem CrNi-Stahl als Fertiglot (Abbildung in Mitte von Bild 4). Aufgrund des höheren elektrischen Widerstandes des Stahl gegenüber dem Cu-Grundwerkstoff wird dieses Stahllot mit einer Schmelztemperatur von etwa 1400°C zuerst geschmolzen. Danach erfolgt sofort das chemo-thermische Anschmelzen des Cu mit einer Schmelztemperatur von 1084 °C, wie es für das Übersoliduslöten /11/ typisch ist. Bei Abkühlung richten sich die erstarrenden FeCrNiCu-Primärkristallite entlang des elektrischen Feldes aus. Damit entsteht wiederum eine kombinierte Schmelzlöt-Schmelzschweiß-Verbindung. Mit dieser Designvariante können hochfeste Stumpf-Lötverbindungen gefertigt werden.

Eine weitere Möglichkeit des Volumen-Designs des Lötguts besteht in der Anwendung des Schmelzlötens unter einem bestimmten Lötdruck (rechte Abbildung in Bild 4). Bei der Fertigung von unterbrochenen Schmelzlötverbindungen z.B. beim Schmelzlöten von Mikroreaktoren konnte von den Autoren beobachtet werden, dass an den Stellen mit der Unterbrechung - hier wegen der eingearbeiteten Strömungskanäle - immer lokal begrenzte Presslötverbindungen entstanden, die dann von den üblichen Schmelzlötverbindungen abgelöst wurden. Solche kombinierten Schmelzlöt-Pressschweiß-Verbindungen werden sich insbesondere durch ihre ausgezeichnete Dichtheit und Korrosionsbeständigkeit auszeichnen.

Literatur:

/1/ www.imtek.de/content/pdf/public/2008/Dalin_Zuverlaessigkeit_bleifrei-geloeteter_Leistungs- Halbleiterbauelemente_PLUS.pdf

/2/ K. Wittke: Erhöhte Bruchsicherheit in Schweißkonstruktionen durch rationelle Ausnutzung der Anisotropie der Eigenschaften Schweißguts. Schweißtechnik (Berlin), 16 (1966) 10, S. 463-466

/3/ O. A. Kusnezov, A. I. Pogalov: Festigkeit von Lötverbindungen. Verlag Maschinostrojenije, Moskau 1987

/4/ I. E. Petrunin u. a.: Werkstoffkunde des Lötens. Verlag Metallurgija, Moskau 1976 - zitiert aus I. E. Petrunin u. a.: Handbuch des Lötens. Verlag Maschinostrojenije, Moskau 1973

/5/ K. Wittke, W. Scheel, G. Köhler: Diffusionslöten – Wirkprinzip und Verfahrensvarianten. Vortrag auf der Internationalen Tagung LÖT´01, Aachen, 8.-10.05.2001. DVS-Berichte; Bd. 212. DVS- Verlag Düsseldorf, S. 181-188

/6/ K. Wittke , W. Scheel: Verbundlote und adaptive Lötverbindungen. PLUS1/2007, S. 151-154

/7/ K. Wittke, W. Scheel: Kaskadenlöten und Kaskadenlote als Teil der „Grünen Löttechnik“. SMT, 1-2 / 2009, S. 14-18

/8/ A. Rinn: Gefüge und Festigkeitsverhalten von C15- und C45-Lötverbindungen. Diplom-Arbeit, TU Berlin, 1995

/9/ K. Wittke u. a.: Hochtemperaturschmelzloten von Baustahl mit Kohlenstoffstahl. Schwei߬ technik (Berlin), 32 (1982) 10, S. 440-446

/10/ K. Wittke, U. Füssel, A. Demmler: Einige Entwicklungsergebnisse zum Löten im Maschinen¬ bau. Hart- und Hochtemperaturlöten: Vorträge des gleichnamigen 9. Dortmunder Hochschul- kolloquiums, Dortmund, 6.-7.12.1990, DVS Verlag, Düsseldorf, DVS-Berichte, Bd. 132, S. 9-11

/11/K. Wittke, W. Scheel: Die Lötverbindung – Buch 2. Buchreihe: Aufbau- und Verbindungstechnik in der Elektronik - aktuelle Berichte, Band 5. Herausgeber W. Scheel, K. Wittke, M. Nowottnick. Verlag Dr. Markus A. Detert, Templin 2008

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