Zuverlässige Deoxidation unter Vakuum mit aktiven Prozessgasen

Das Kontaktlötsystem Nexus von Rehm Thermal Systems garantiert beste Ergebnisse bei Reflow-Lötprozessen mit Kontaktwärme unter Vakuum. Damit erfüllt die Nexus die höchsten Anforderungen im Bereich des Advanced Packaging und der Leistungselektronik. Das Kontaktlötsystem mit Vakuum ist zudem bestens zum voidfreien Löten verschiedener Bauteile (z.B. IGBT) auf DCB-Substraten geeignet. Hierbei werden die Materialien aus meist unterschiedlichen Werkstoffen unter Vakuum bei Temperaturen bis 450 °C gefügt. Dieser Prozess ist eine optimale Lösung für voidfreie und flussmittelfreie Applikationen. So bietet die Nexus nicht nur Vorteile für den Lötprozess, sondern auch für sämtliche weitere thermische Prozesse.

Ein großer Vorteil der Kontaktlötanlage Nexus ist, dass anhand von vorgegebenen Parametern der Aufheiz- oder Abkühlgradient vordefiniert werden kann. Die Gradienten können so beliebig voreingestellt werden. Innerhalb der Spezifikationsgrenzen wird die Temperatur durch die Nexus automatisch angepasst, so dass es zu keinen Grenzüberschreitungen kommen kann. Eine Funktionsstörung der zu lötenden Baugruppe ist somit ausgeschlossen. Die Heizleistung der Nexus wurde so ausgelegt, dass bei voller Beladung mit massereichen Baugruppen eine gleichmäßige Erwärmung erfolgt und dadurch auch kurze Taktzeiten kein Problem sind. Mittels Messfühler werden die Temperaturen an der Warenträgerauflage erfasst und verifiziert.

Zuverlässige Vakuumprozesse für mehr Qualität
Durch das Vakuumlöten werden Produktivitätssteigerungen und Qualitätsvorteile bei der Herstellung von Leistungselektronik erzielt. So sorgt das Vakuum für oxidfreie Prozesse sowie eine verbesserte Benetzung und dadurch für besser gefüllte Lötstellen. Zudem vermindert das Vakuum Voids in Lötstellen drastisch und ermöglicht Prozesse wie die Plasmareinigung und den Atmosphärenwechsel bei Advanced Packaging. Der Unterdruck hilft unter anderem dabei, Oxidationen an den Bauteilen und an den Verbindungsstellen selbst zu minimieren. Die Wärmeübertragung erfolgt dabei durch Wärmeleitung. Durch ihre geringen Abmessungen, die hohe Bedienfreundlichkeit und die außergewöhnliche Flexibilität ist die Nexus besonders für den Einsatz in der Kleinserien- und Mittelserienfertigung sowie im Laborbereich geeignet.

Inerte Gase und Formiergas
Typischerweise wird zum Schutz vor Oxidation Stickstoff (N2) verwendet. In Kombination mit 5 bis 10 % Wasserstoff wird das Formiergas zur Reduktion von Oxiden ebenfalls verwendet. Für dieses Mischverhältnis sind alle nötigen Schutzvorrichtungen in der Anlage bereits integriert. Formiergase mit einem Wasserstoffanteil von 10 % bis zu 100 % benötigen eventuell weitere Schutzvorrichtungen und werden erst ab 280 °C verwendet. In Abhängigkeit der Prozesstemperatur kann der Einsatz von Ameisensäure von Vorteil sein. Für ein prozessstabiles, flussmittelfreies Löten wird das inerte Trägergas (N2) mit Ameisensäure (HCOOH) angereichert und in die Prozesskammer geführt. 

Flussmittelfreies Löten und Deoxidation 
Für ein prozessstabiles, flussmittelfreies Löten oder die Entfernung von Oxiden wird das inerte Trägergas (N2) mit Ameisensäure (HCOOH) angereichert und in die Prozesskammer geführt. Damit die „Sättigung“ des Trägergases mit Ameisensäure konstant bleibt, ist es notwendig, die Parameter beim Durchströmen der flüssigen Ameisensäure konstant zu halten. Dazu gehören die Strömungsgeschwindigkeit, der Volumenstrom, die Temperatur und die Füllmenge des Ameisensäurebehälters (Bubblers). Die Kontrolle des Stickstoffvolumenstroms ist mit heutiger Regelungstechnik einfach und prozesssicher zu realisieren – ganz im Gegensatz zum Füllstand der Ameisensäure in klassischen Bubblerlösungen. Diese klassischen Bubbler müssen manuell, unter Berücksichtigung der Schutzvorkehrungen für die Mitarbeiter, mit der Säure nachgefüllt werden und unterliegen größeren Schwankungen in der Füllmenge. Fortschrittlicher ist die von Rehm Thermal Systems verwendete neue Generation Bubbler, die den Füllstand automatisch kontrolliert und nachregelt. Über eine Erhöhung der Temperatur der Ameisensäure im Bubbler kann auf einfache Weise eine höhere Anreicherung der Ameisensäure im Stickstoff erreicht werden.

Die Entfernung der Oxide auf Metallen findet unter Verwendung der Ameisensäure wie im Folgenden beschrieben statt. Zuerst werden sogenannte Formiate des Metalls gebildet und ab etwa 200 °C werden die Formiate zersetzt (Cu) oder verdampft (SnO, SnO2). Das im zweiten Teil gebildete H+ unterstützt die Oxidentfernung. Dadurch kann eine oxidfreie und gut benetzbare Oberfläche auf Kupfer und anderen Metallen, z.B. für einen anschließenden Lötprozess in der Anlage oder für nachgelagerte Prozesse, erreicht werden. Die Anwendung eignet sich ab Prozesstemperaturen von 200 °C. 

Sauerstoffanalyse zur Prozessüberwachung
Mit dem Analysegerät kann der Sauerstoffgehalt in der Prozesskammer während nahezu allen Prozessschritten permanent überwacht werden. Dadurch kann die Wirksamkeit der Inertisierung sowie die Dichtheit der Prozesskammer sichergestellt werden.

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