Neue Nanolegierungen zum Hochtemperaturlöten
Beim Löten von Bauteilen auf eine Leiterplatte ist es von entscheidender Wichtigkeit, dass die Lötstellen bei nachfolgenden Lötvorgängen nicht wieder schmelzen. Im Elektroniksektor nutzt man daher gern Lote, die einen hohen Prozentsatz an Blei mit einem höheren Schmelzpunkt (300 ˚C und höher) beinhalten. Eine Lösung des Problems ist der Einsatz sogenannter Nanolote auf Basis von Zinn-Antimon-Legierungen (Sb-Sn). Die Nanopartikel haben einen niedrigeren Schmelzpunkt als Substanz als kompakte Masse. Gefördert von der EU verfolgt "A chemical approach to lead-free nanosolders", das Projekt Nanosold, das Ziel, neue bleifreie Hochtemperaturlote mit Sn-Sb-M-Legierungen zu entwickeln. M steht für Silber (Ag), Kupfer (Cu) und Nickel (Ni). Das Nanosold-Projekt konzentrierte sich dabei auf die beiden ternären Legierungssysteme Sn-Sb-Ag und Sn-Sb-Cu und untersuchte die thermodynamischen Eigenschaften, die Summe der Merkmale der einzelnen Phasen. Das Team verwendete die CALPHAD-Methode ("Computer coupling of phase diagrams and thermochemistry"), die den Wissenschaftlern die zuverlässige Prognose thermodynamischer Eigenschaften ohne experimentelle Informationen ermöglicht. Zur Verfeinerung der Phasenbeziehungen im Sn-Sb-Ni-System setzte Nanosold weitere ergänzende Verfahren ein. Dazu zählten die Pulver-Röntgendiffraktometrie, Elektronenstrahlmikroanalyse, Rasterelektronenmikroskopie und Differentialthermoanalyse. Mittels zinnreicher Nanolegierungen, die durch ein chemisches Reduktionsverfahren hergestellt werden, konnten die Schmelztemperaturen um bis zu 11 ˚C gesenkt werden. Die Teilchengröße wurde auf einen Bereich von 50 bis 150 nm eingestellt, was in Praxisanwendungen ein größenabhängiges Absenken der Löttemperatur nach sich zieht. Obgleich es noch weitere Probleme zu bearbeiten gilt, setzen Lötpasten auf Basis von Nanolegierungen zweifellos den Schmelzpunkt herab. Und aus ökologischer Sicht kann mit Hilfe der neuen Nanolegierungen ein sehr giftiges Element aus der Fertigung elektronischer Geräte verschwinden.
