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DE69431298T2 - Anisotropisch leitende löt-zusammensetzung und verfahren zu deren verwendung - Google Patents

Anisotropisch leitende löt-zusammensetzung und verfahren zu deren verwendung

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Publication number
DE69431298T2
DE69431298T2 DE69431298T DE69431298T DE69431298T2 DE 69431298 T2 DE69431298 T2 DE 69431298T2 DE 69431298 T DE69431298 T DE 69431298T DE 69431298 T DE69431298 T DE 69431298T DE 69431298 T2 DE69431298 T2 DE 69431298T2
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DE
Germany
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solder paste
tin
metal alloy
polymer
alloy particles
Prior art date
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DE69431298T
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Eckart Mathias
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Original Assignee
National Starch and Chemical Investment Holding Corp
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Publication date
Application filed by National Starch and Chemical Investment Holding Corp filed Critical National Starch and Chemical Investment Holding Corp
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Publication of DE69431298T2 publication Critical patent/DE69431298T2/de
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Description

    Gebiet der Erfindung
  • Diese Erfindung betrifft eine neue, anisotropisch-leitfähige Lötpaste und das Verfahren zu deren Verwendung in elektronischen Fertigungsverfahren, insbesondere elektronischen Fertigungsverfahren für die Oberflächenmontage.
    • Hintergrund der Erfindung
  • Eine Lötpaste ist ein Material, das unter Verwendung von Siebdruck oder analogen Verfahren in einem speziellen Muster auf ein Substrat oder eine Oberfläche aufgebracht und anschließend geschmolzen werden kann, um eine elektrische Verbindung zu liefern, die üblicherweise als Lötverbindung bezeichnet wird. Lötpasten umfassen im Allgemeinen pulverisierte metallische Lötpasten aus verschiedenen Legierungen wie Zinn-Blei, Zinn-Blei-Silber, Zinn-Blei-Wismut, Zinn-Blei-Antimon, Zinn-Silber, usw., die in einem Träger enthalten sind, der ein Flussmittel einschließt. Außerdem kann in dem Träger ein Suspensionsmedium vorhanden sein, wie hydriertes Castoröl, und kann mit dem Flussmittel kombiniert werden, um eine Lötpaste mit einheitlicher Struktur zu liefern.
  • Bei elektronischen Schaltkreisen werden Lötpasten verwendet, um elektronische Komponenten auf einem Substrat wie Kunststoff, Keramik, Glas oder dergleichen an einem Schaltkreis zu befestigen. Auf den Substraten werden Schaltkreise hergestellt, die ähnlich denjenigen sind, die bei gedruckten Schaltungsleiterplatten (printed circuit board, PCB) verwendet werden. Die Bereiche des Schaltkreises, denen elektronische Komponenten hinzugefügt werden sollen, werden üblicherweise als Anschlussflächen bezeichnet. Bei typischen elektronischen Oberflächenmontagefertigungsverfahren wird eine Lötpaste mittels Sieb- oder Schablonendruck auf die Anschlussflächen der gedruckten Schaltungsleiterplatte aufgebracht. Als nächstes werden die elektronischen Komponenten sorgfältig mit ihren peripheren Anschlüssen in Kontakt mit den mit Lötpaste beschichteten Anschlussflächen positioniert. Die bestückte Leiterplatte wird dann durch einen Ofen geführt, um das Lötmittel in der Paste zu schmelzen und die Oberflächen von Anschlussflächen und Anschlüssen zu benetzen, wodurch die Lötverbindung bewirkt wird.
  • Flussmittelrückstände entstehen durch das Aufschmelzen der Lötpaste. Die Flussmittelrückstände sind oft korrosiv und müssen daher von der Schaltungsleiterplatte entfernt werden. Die Entfernung der Flussmittelrückstände wird typischerweise bewirkt, indem die gedruckte Schaltung in Lösungsmittel auf Basis von chloriertem Fluorkohlenstoff (CFC) gewaschen wird. Da CFC-Lösungsmittel bei Gebrauch und Entsorgung zu Umweltproblemen führen, kann die Entfernung von Flussmittelrückständen außer der Erzeugung eines zusätzlichen Arbeitsschritts auch zu gefährlichen Bedingungen am Arbeitsplatz führen.
  • Ein weiteres Problem, das allgemein bei elektronischer Oberflächenmontage, insbesondere bei feinteiligen elektronischen Komponenten, auftritt, liegt darin, dass konventionelle Lötpaste oft zu elektrischen Kurzschlüssen zwischen benachbarten Anschluss/Anschlussfläche-Verbindungen führt. Traditionell sind "anisotropische" oder "Z-Achsen"-Materialien verwendet worden, um dieses Problem zu behandeln. Anisotrope Materialien schaffen elektrisch mittels physikalischer Kontakte mit Metalloberflächen Zwischenverbindungen, die zwischen den Metalloberflächen und leitfähigen Partikel-an-Partikel-Kontakten erzeugt werden, die in dem Z-Achsen-Material enthalten sind, um eine elektrische Durchgängigkeit zu erzeugen. Diese elektrischen Kontakte bleiben erhalten, indem an Ort und Stelle Anschluss und Anschlussfläche und die zwischen diesen befindlichen Partikel mit gehärtetem Harz fixiert werden und gegebenenfalls die Verbindungen mit einer dafür vorgesehenen, oft permanenten Befestigung oder Klemme zusammengehalten werden.
  • Es wäre bei einem elektronischen Oberflächenmontagefertigungsverfahren vorteilhaft, eine anisotropische Lötpaste zu haben, die keine korrosiven Flussmittelrückstände beim Aufschmelzen erzeugt und die die Bildung elektrischer Kurzschlüsse zwischen feinteiligen Anschluss/Anschlussfläche-Verbindungen während des Aufschmelzlötens minimiert.
  • Die JP-A-60-213396 offenbart ein Bindemittel für ein Pastenlötmittel, das Acrylharz, Toluol, Butylacetat und organisches Geliermittel enthält. Goldlegierungen sind erwähnt.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine flussmittelfreie, lötfähige, anisotropisch-leitfähige Klebstoffzusammensetzung zu liefern, die eine schmelzbare Legierungslötmittelpartikel/Polymerverbund-Paste beinhaltet. Für erfindungsgemäße Zwecke wird der Begriff "flussmittelfrei" verwendet, um eine lötfähige, anisotropisch-leitfähige Klebstoff Zusammensetzung zu bezeichnen, der kein Flussmittel zugegeben worden ist, wodurch eine Zusammensetzung erzeugt wird, die frei von Flussmittel ist. Die Verbundpaste basiert auf einem synthetischen organischen Polymer oder synthetischen organischen Polymeren, die in einem oder mehreren organischen Lösungsmitteln mit einem Siedepunkt unter oder gleich der Schmelztemperatur der Metalllegierungspartikel löslich ist bzw. sind, wobei das Polymer bei oder unterhalb der maximalen Aufschmelztemperatur der Metalllegierungspartikel durch Wärme erweichbar ist, um es geschmolzenem Lötmittel zu ermöglichen, innerhalb der Paste zu fließen. Das organische Lösungsmittel ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass es einen Siedepunkt oberhalb der Erweichungstemperatur des Polymers hat. Die oben beschriebene Verbundpaste wird nachfolgend als lötfähiger, anisotropisch-leitfähiger Klebstoff ("SACA") bezeichnet.
  • Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung liegt in der Schaffung einer Lötzusammensetzung, die nicht die Verwendung einer Flussmittelzusammensetzung erfordert, wodurch die Notwendigkeit einer Nachreinigung mit umweltgefährdenden Lösungsmitteln zur Entfernung der Flussmittelrückstände von gelöteten elektrischen Verbindungen entfällt.
  • Es ist auch eine Aufgabe dieser Erfindung, eine Lötpaste zu schaffen, die unerwünschte Kurzschlüsse zwischen benachbarten Anschluss/Anschlussfläche-Verbindungen verhindert oder minimiert, insbesondere wenn feinteilige elektronische Komponenten verwendet werden. Die erfindungsgemäße SACA-Paste verhindert oder minimiert diese Kurzschlüsse, da sie keine kontinuierliche Lötmittelverbindung zwischen benachbarten Anschluss/Anschlussfläche-Verbindungen erzeugt, wenn sie unter Verwendung konventioneller Techniken auf Anschlussflächen und Zwischenräume aufgebracht wird. Der SACA ist außerdem vorteilhaft geeignet für die freie "Abdeck"-Aufbringung auf PCB-Anschlussflächen, um nach der vorgesehenen Platzierung der mit Anschlüssen versehenen Komponenten ein Lötmittel zu liefern, das aufschmelzbar ist, so dass die zwischen Anschlüssen und Anschlussflächen hergestellte gelötete Verbindung elektrische Isoliereigenschaften zwischen benachbarten Anschluss/Anschlussfläche-Verbindungen oder -zwischenverbindungen beibehält.
    • Detaillierte Beschreibung
  • Die neue erfindungsgemäße Lötpastenzusammensetzung enthält schmelzbares Metalllegierungspulver oder -partikel, das bzw. die in einer Lösung eines organischen Polymers dispergiert ist bzw. sind, das in organischem Lösungsmittel aufgelöst ist. Die SACA- Pastenzusammensetzung enthält im Allgemeinen eine auf das Gewicht bezogene Menge des Metalllegierungspulverfüllmittels zwischen etwa 50 und 90, vorzugsweise 65 und 80 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht der "Feststoffe" in der Paste.
  • Die Legierung ist eine Zinn-, Blei-, niedrigschmelzende wismut- oder indiumbasierte Legierung, wie Legierungen auf Basis von Zinn und/oder Blei mit Zusätzen von einem oder mehreren Metallen ausgewählt aus der Gruppe Sb, In, Bi, Ag, Au, Cu, Fe, Zn, Al, Cd, Al und As. Eine Liste typischer Lötlegierungen findet sich in Kirk-Othmer's Encyclopedia of Chemical Technology, 2. Auflage, Band 18, Seite 544. Allgemein sind Legierungen von Zinn und Blei jedoch gute Allzweck-Lötlegierungen. Antimon wird oft anstelle von Blei zum Löten von Nahrungsmittelgefäßen verwendet. Legierungen von Zinn und Silber sind außergewöhnlich frei fließend, haben verbesserte Festigkeit im Vergleich zu Zinn/Blei und gute elektrische Leitfähigkeit, und Zinn/Blei/Silber-Legierungen werden oft in der Elektronikindustrie zum Löten silber plattierter Oberflächen verwendet. Es liegt auch innerhalb des Bereichs dieser Erfindung, niedrigschmelzende Lötlegierungen zu verwenden, wie wismut- und indiumbasierte Lötmittel. Das spezielle gewählte Metalllegierungspulver hängt von der Umgebung ab, in der das Lötmittel verwendet wird.
  • Der Begriff "Pulver" wird hier zur Beschreibung im Wesentlichen sphärischer, feinteiliger metallischer Partikel aus Lötlegierungen verwendet. Die Partikelgröße der Lötlegierungen kann in Abhängigkeit von der vorgesehenen Verwendung variieren. Bei konventionellem Lötmitteleinsatz wird beispielsweise eine Partikelgröße von 44 bis 74 um verwendet. Zur Verwendung bei der Verbindung feinteiliger Komponenten kann die Partikelgröße im Bereich von 24 bis 44 um liegen. In der erfindungsgemäßen SACA- Paste liegt die Partikelgröße der Lötlegierung vorzugsweise unter 37 um. Am meisten bevorzugt liegt die Partikelgröße unter 15 im.
  • Die erfindungsgemäß verwendeten organischen Polymere können elastomere oder thermoplastische Polymere sein. Das organische Polymer ist vorzugsweise ein thermoplastisches Polymer. Eine Vielfalt von thermoplastischen Polymeren ist geeignet, vorausgesetzt, dass das Polymer thermisch stabil und bei oder unter dem Schmelzpunkt der Metalllegierungsteilchen in der SACA-Paste ausreichend durch Wärme erweichbar ist, damit geschmolzenes Lötmittel innerhalb des Polymerharzes fließen kann. Geeignete thermoplastische Polymere schließen Polyester, Polyethylene, Polystyrole, Polyurethane, Polyvinylchloride oder -fluoride, Polyamide und Polymere ein, die dem Fachmann in Anbetracht der vorliegenden Offenbarung offensichtlich sind. Bevorzugte thermoplastische Polymere zur erfindungsgemäßen Verwendung sind Polyamid-Heißschmelzklebstoffpolymere, Uni-Rez® 2642 und Uni-Rez® 2665, die von Union Camp Corporation in Savannah, Georgia, USA, kommerziell erhältlich sind, und Polyesterpolymere, Vitel® 1870 und Vitel® 3300, die kommerziell von Shell Chemical Company in Akron, Ohio, USA, erhältlich sind.
  • In der erfindungsgemäßen SACA-Paste brauchbare elastomere Polymere schließen Polymere ein, die während des Lötmittelbenet zungsschritts flüssig bleiben und während des Härtungs- und Lötschritts nicht in einem solchen Ausmaß gasförmige Nebenprodukte erzeugen, die zu Bläschen in dem Polymerharz führen.
  • Die erfindungsgemäße SACA-Pastenzusammensetzung enthält zwischen etwa 10 Gew.% und 50 Gew.% einer Lösung des organischen Polymers in einem organischen Lösungsmittel, das das organische Polymer auflöst und einen Siedepunkt oberhalb der Erweichungstemperatur des Polymers und unterhalb der Schmelztemperatur der Lötlegierung hat. Die Polymerlösung enthält im Allgemeinen etwa 45 Gew.% bis 55 Gew.% von einem oder mehreren organischen Lösungsmitteln. Geeignete organische Lösungsmittel schließen aliphatische und aromatische Alkohole und Ester, aromatische und aliphatische Kohlenwasserstoffe, aromatisch-aliphatische Kohlenwasserstoffe und Mischungen derselben ein, sind jedoch nicht auf diese begrenzt. Vorzugsweise schließen die organischen Lösungsmittel Benzylalkohol, Xylole, Butanol, Propylenglykolmethyletheracetat und Diethylenglykolbutylether ein, sind jedoch nicht auf diese begrenzt.
  • Es liegt auch innerhalb des erfindungsgemäßen Bereichs, den erfindungsgemäßen SACA-Pasten Additive zuzugeben, die konventionellerweise in Lötpasten verwendet werden. Solche Additive umfassen beispielsweise Tenside (vorzugsweise nichtionische Tenside), Benetzungsmittel, Verdickungs- und thixotrope Mittel und Mittel zur Verbesserung des Adhäsionsvermögens. Die Additive werden in konventionellen Mengen oder in derjenigen Menge zugegeben, die das Benetzen der zu verbindenden Anschlüsse und Anschlussflächen mit Lötmittel nicht stört.
  • Die erfindungsgemäßen SACA-Pasten werden durch gleichförmiges Mischen der Bestandteile unter Bildung einer homogenen Paste hergestellt. Das Mischen kann auf vielerlei Weise stattfinden, die Durchschnittsfachleuten bekannt sind. Die Paste kann beispielsweise in eine Mischschale aus rostfreiem Stahl gegeben und die Schale unter einem Planetenmischer positioniert werden. Der Mischer kann dann gestartet und das Lötpulver langsam zu der Mischschale gegeben werden, um das Pastenflussmittel und das Lötpulver zu mischen. Wie Fachleuten offensichtlich ist, vari iert die Standardmischzeit für auf diese Weise hergestellte Lötpasten in Abhängigkeit von der Viskosität der Mischung. Es ist mitunter erwünscht, das Lötpulver mit einem Flussmittel vor dem Mischen mit der Paste zu reinigen. Das Flussmittel wird vor dem Mischen mit der Paste entfernt.
  • Die resultierende erfindungsgemäße SACA-Paste wird vorteilhaft zum Löten elektrischer Kontakte und elektrischer Drähte verwendet und eignet sich besonders vorteilhaft zur Verwendung zum Befestigen elektrischer Komponenten an Schaltungsleiterplatten in einem elektronischen Oberflächenmontagefertigungsverfahren.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Oberflächenmontageverfahren wird die SACA-Paste mit den Metallkontaktstellen einer PCB in Kontakt gebracht, die elektrischen Komponenten werden auf die PCB aufgebracht, wobei sich die peripheren Anschlüsse der elektronischen Komponente in Kontakt mit den mit SACA-Paste beschichteten Anschlussflächen befinden; die PCB wird auf eine Temperatur und für einen Zeitraum erwärmt, die ausreichen, um die SACA-Paste zum Aufschmelzen oder Schmelzen zu bringen, und die PCB wird abkühlen gelassen. Wenn Komponenten auf der PCB montiert werden, kann gegebenenfalls ein Druck auf die Komponenten ausgeübt werden, der ausreicht, um Koplanarität der Komponentenanschlüsse mit den Anschlussflächen der PCB zu bewirken. Üblicherweise reicht das Platzieren eines kleinen Gewichts auf der Komponente aus.
  • Die SACA-Paste kann durch Aufdrucken auf die Anschlussflächen der gedruckten Schaltungsleiterplatte nach jeder der Techniken, die Durchschnittsfachleuten bekannt sind, aufgebracht werden. Geeignete Techniken zum Drucken der SACA-Paste auf die Anschlussflächen der gedruckten Schaltungsleiterplatte umfassen den Siebdruck, das Schablonieren und das Aufbringen der SACA- Paste mittels einer Spritze. Wie Durchschnittsfachleuten offensichtlich ist, kann die SACA-Paste auf vielerlei Weisen auf die Anschlussflächen der gedruckten Schaltungsleiterplatine aufgebracht werden, ohne von dem Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die SACA-Paste kann, wie offensichtlich ist, auch auf andere Flächen der gedruckten Schaltungsleiterplatine als den Anschlussflächen aufgebracht werden, um elektrische Komponenten an anderen Flächen als den Anschlussflächen der gedruckten Schaltungsleiterplatte zu befestigen.
  • Nachdem die SACA-Paste auf die Anschlussflächen der gedruckten Schaltungsleiterplatte aufgebracht worden ist, werden die elektrischen Komponenten manuell oder maschinell in einer Weise auf die gedruckte Schaltungsleiterplatte aufgebracht, dass sich die elektrischen Anschlüsse der elektrischen Komponenten in Kontakt mit der SACA-Paste befinden. Die SACA-Paste kann gegebenenfalls getrocknet werden, bevor die Komponente auf die SACA- beschichteten Anschlussfläche aufgebracht wird, um eine nicht klebrige Oberfläche bereitzustellen. In diesem Fall ist es möglicherweise erwünscht, die elektrischen Komponenten an Ort und Stelle auf der SACA-Paste festzuhalten, bis die SACA-Paste aufgeschmolzen ist, oder einen Klebrigmacher auf die getrocknete SACA-Oberfläche aufzubringen.
  • Anschließend wird die SACA-Paste zum Aufschmelzen gebracht, indem die gedruckte Schaltungsleiterplatte oder die SACA-Pastenflächen der PCB auf eine ausreichende Temperatur und für eine ausreichende Zeit erwärmt werden, um die Lötpaste zum Schmelzen zu bringen. Die gedruckte Schaltungsleiterplatte wird dann abkühlen gelassen.
  • Für erfindungsgemäße Zwecke wird der Begriff "Aufschmelzen", "aufgeschmolzen" oder "aufschmelzbar" verwendet, um anzugeben, dass das Schmelzen der Lötlegierung während des Erwärmens zu einem Benetzen der zu verbindenden Anschluss/Anschlussflächen-Oberflächen führt.
  • Die resultierende PCB hat Lötverbindungen, die Anisotropie oder elektrische Leitfähigkeit entlang der Z-Achse, beibehalten, während elektrische Isoliereigenschaften zwischen benachbarten Lötverbindungen erhalten bleibt, obwohl SACA zwischen den Anschlüssen verbleibt. Wie Fachleuten offensichtlich ist, gehört zu den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass das Verfahren nicht die Reinigung von Flussmittelrückständen von der PCB erfordert. Das erfindungsgemäße Verfahren beschichtet die gelöteten Anschlüsse auch konturgetreu, wodurch die Anschlüsse vor der Umgebung geschützt werden. Dieses Merkmal ist bei feinteiligen elektronischen Komponenten besonders nützlich, bei denen sich Anschluss/Anschlussfläche-Verbindungen in relativ enger Nähe befinden.
  • Die folgenden Beispiele werden zur Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung gegeben und sollten nicht als einschränkend angesehen werden.
    • Beispiel 1
  • Es wurde eine 50 Gew.% Lösung des Polyamid-Heißschmelzklebstoffs Uni-Rez® 2642 in Benzylalkohol hergestellt. Bei Raumtemperatur war die Lösung eine starre Paste. Zu 5 g dieser Paste wurden 12,5 g eines sehr feinen Lötpulvers gegeben (AMT 148X-6, Legierung Sn/Pb 63/37) gegeben, so wie es von Advanced Metals Technology, Inc., in Bradford, Connecticut, USA, erhalten wurde. Das Mischen wurde bei 60ºC durchgeführt, bis die Mischung homogen war. Nach Abkühlen auf Raumtemperatur wurde die viskose Paste auf eine Reihe von Anschlussflächen und Zwischenräumen eines geätzten Kupferprüfabschnitte aufgebracht, wobei derartige Anschlussflächen/Zwischenräume den Abmessungen von Anschluss/Zwischenraum einer Dummy-Oberflächenmontagekomponente QFP52T40 entsprachen. Die Paste wurde durch Rakel streichen derselben über die Anschlussflächen/Zwischenräume unter Verwendung eines 0,127 mm (5 mil) dicken Bands als Distanzstück aufgebracht. Dann wurde das Band entfernt. Die 13 Anschlüsse von einer Seite der quad- flat-pack- ("QFP")-Komponente wurden oben auf dem SACA angeordnet und exakt mit den jeweiligen Anschlussflächen des Testabschnitts ausgerichtet. Ein kleines Gewicht (5,6 g) wurde auf der Komponente platziert, um die Koplanarität der Anschlüsse auf den Anschlussflächen zu verbessern, und der Abschnitt wurde zusammen mit Komponente und Gewicht 9 Minuten in einen kastenförmigen Umluftofen gelegt, der auf 240ºC eingestellt war. Nach Abkühlen der Probe wurden die Verbindungen auf Anschluss-an-Anschlussflache-Verbindbarkeit (alle Widerstandswerte entsprachen "0" auf dem Ohmmeter), Isolierwiderstand zwischen benachbarten Zwischen- Verbindungen (alle Widerstandswerte lagen über 20 MegaΩ, d. h. dem Grenzwert des Ohmmeters) und auf Abziehfestigkeit der gelöteten Zwischenverbindungen (Mittelwert für drei Komponenten auf dem Abschnitt = 53,03 MPa (7692 psi) oder 4,08 MPa (592 psi) pro Zwischenverbindung) geprüft. Die elektrischen Werte bestätigten die anisotrope Zwischenverbindbarkeit. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 1 wiedergegeben.
    • Beispiel 2
  • Das Material und die Technik, die in Beispiel 1 verwendet worden waren, wurden auch mit einem vorverzinnten geätzten Kupferprüfabschnitt verwendet. Die Verbindbarkeit von Anschluss an Anschlussfläche war wieder hervorragend, der Widerstand zwischen den gelöteten Anschlüssen lag oberhalb von 20 MegaΩ und die Abziehfestigkeit war gut (Mittelwert für drei Komponenten auf dem Abschnitt = 47,99 MPa (6960 psi) oder 3,69 MPa (535 psi) pro Zwischenverbindung). Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 1 wiedergegeben.
    • Beispiel 3
  • Es wurde eine 45 Gew.% Lösung des Polyamid-Heißschmelzklebstoffs Uni-Rez® 2642 in Benzylalkohol hergestellt. Bei Raumtemperatur war die Lösung eine starre Paste. Zu 5 g dieser Paste wurden 12,5 g eines sehr feinen Lötpulvers gegeben (AMT 148X-33, Sn/Pb 63/37) gegeben, das mit einer mild aktivierten Harzflussmittellösung vorbehandelt wurde (Indalloy Nr. 5-RMA)/ erhalten von Indium Corporation of America in Utica, New York, USA. Die Vorbehandlung bestand darin, dass das Lötpulver in der 5-RMA/- IPA-Lösung vier Stunden unter Rückfluss gehalten wurde, zwei Mal mit IPA gewaschen wurde und die Lötmittelkugeln filtriert und anschließend im Vakuum über Nacht getrocknet wurden. Das Mischen dieses Lötpulvers mit der Harzlösung wurde bei 60ºC durchgeführt, bis die Mischung homogen war. Die SACA-Paste wurde dann in der gleichen Weise wie in den Beispielen 1 und 2 bewertet. Die Ergebnisse 3a beziehungsweise 3b sind in der folgenden Tabelle 1 wiedergegeben.
    • Beispiel 4
  • Zu 13,9 g einer 38,5% Lösung von Uni-Rez® 2665 in Benzylalkohol wurden 12,5 g Lötpulver (AMT 148X-6, Sn/Pb 63/37) gegeben und bei 60ºC gemischt, bis die Mischung homogen war. Die SACA-Paste wurde dann wie in Beispiel 1 auf einem vorverzinnten Kupferprüfabschnitt bewertet. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 1 wiedergegeben.
    • Beispiel 5
  • Eine 45 Gew.-% Lösung von Uni-Rez® 2664 in Benzylalkohol wurde hergestellt. Zu 6,9 Gramm dieser Paste wurden 12,5 g feines Lötpulver (AMT 148X-6, Sn/Pb 63/37) gegeben und bei 60ºC gemischt, bis die Mischung homogen war. Nach Aufbringung dieser Mischung auf die Kontaktflächen eines vorverzinnten Kupferprüfabschnitts und nachfolgende Platzierung einer QFP52T40-Komponente wurde der Abschnitt (einschließlich eines 5,6 g Gewichts auf dem QFP) zuerst 10 Minuten auf 215ºC erwärmt, gefolgt von 240ºC für 3 Minuten. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 1 wiedergegeben.
    • Beispiel 6
  • Eine 29,4 Gew.% Lösung von Uni-Rez® 2642 in n-Butanol wurde hergestellt. Zu 12,0 Gramm dieser Mischung wurden 12,5 g feines Lötpulver (AMT 148X-6, Sn/Pb 63/37) gegeben und bei 60ºC gemischt, bis die Mischung homogen war. Die Paste wurde dann auf einem gereinigten (Oakite 31® Tauchbad) geätzten Kupferprüfabschnitt bewertet. Die Probe wurde 10 Minuten auf 180ºC vorgeheizt, dann erfolgte das Löten 3 Minuten bei 240ºC. Wie in der folgenden Tabelle 1 wiedergegeben wird, wurde Anisotropie beobachtet.
    • Beispiele 7 bis 13
  • Nach dem in Beispiel 1 beschrieben Verfahren wurden verschiedene SACA-Pasten hergestellt, wobei jedoch unterschiedliche Gewichtsprozentsätze der Lötpulver verwendet wurden, wie in Tabelle 1 als Beispiele 7 bis 13 wiedergegeben wird. Nach Aufbrin gung der Paste auf die Kontaktflächen des geeignet bemessenen Prüfabschnitts wurde die Paste bei 170ºC 2 Minuten vorgetrocknet. Die Anschlüsse auf einer Seite einer QFP-Komponente wurden dann auf dem SACA platziert. Ein kleines Gewicht wurde auf der Komponente platziert, und die Montage wurde dann 7 Minuten auf 240ºC erhitzt. Nach Abkühlen und Entfernen des Gewichts wurden die Anschluss/Anschlussfläche-Verbindungen mit dem Ohmmeter nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren geprüft. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 wiedergegeben. Tabelle 1
  • Anmerkung:
  • ¹ - U2642/BA ist Uni-Rez® 2642 in Benzylalkohol
  • U2665/BA ist Uni-Rez®, 2665 in Benzylalkohol
  • V1870/BA/X ist Vitel® 1870 in Benzylalkohol und Xylolen
  • V3300/PMA ist Vitel® 3300 in Dowanol® PMA
  • BOL = n-Butanol
  • ² NT = Nicht geprüft
  • e-Cu = geätzte Kupferabschnitte, die in Oakite 31® gereinigt wurden
  • t-Cu = geätzte und vorverzinnte Kupferprüfabschnitte, wie erhalten
  • ³ Z-Achse - durch Zwischenverbindung; X-Y = zwischen benachbarten Zwischenverbindungen
  • 0 = "Null" Ohmmeter
  • &sup4; Sn/Pb = Zinn/Blei
  • &sup5; Rückfl. 5RMA = Erhitzen unter Rückfluss in 25 bis 30% RMA-Flussmittel/IPA-Lösung, gefolgt von Waschen mit IPA.

Claims (15)

1. Anisotropisch-leitfähige Lötpaste, die fein verteilte Metalllegierungspartikel enthält, die in einer Lösung eines organischen Polymers in einem organischen Lösungsmittel dispergiert sind, das einen Siedepunkt oberhalb der Erweichungstemperatur des Polymers und nicht höher als dem Schmelzpunkt der Metalllegierungspartikel hat, wobei das Polymer eine Erweichungstemperatur unter dem Schmelzpunkt der Metalllegierungspartikel aufweist und wobei die Zusammensetzung kein Flussmittel enthält und wobei die Legierung eine Zinn-, Blei-, niedrigschmelzende wismut- oder indiumbasierte Legierung ist.
2. Lötpaste nach Anspruch 1, in der die Metalllegierungspartikel aus der aus Zinn/Blei-Legierung, Zinn/Blei/Silber-Legierung, Wismut/Zinn-Legierung und Indium/Zinn-Legierung bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
3. Lötpaste nach Anspruch 1, in der die Partikelgröße der Metalllegierungspartikel unter 74 um liegt.
4. Lötpaste nach Anspruch 3, in der die Partikelgröße der Metalllegierungspartikel unter etwa 15 um liegt.
5. Lötpaste nach Anspruch 1, in der das organische Polymer ein thermoplastisches Polymer ist, das unter dem Schmelzpunkt der Metalllegierungspartikel durch Wärme erweichbar ist.
6. Lötpaste nach Anspruch 5, in der das thermoplastische Polymer ein Polyester, ein Polyvinylchlorid, ein Polyvinylfluorid, ein Polyamid, ein Polyethylen, ein Polystyrol oder ein Polyurethan ist.
7. Lötpaste nach Anspruch 1, in der die Metalllegierungspartikel in einer Menge von 50 bis 90 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht der Paste, vorhanden sind.
8. Lötpaste nach Anspruch 5, in der die Lösung von organischem Polymer in einem organischen Lösungsmittel von 10 bis 50 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht der Paste, ausmacht.
9. Lötpaste nach Anspruch 1, in der das Lösungsmittel aus der aus aliphatischen und aromatischen Alkoholen, aliphatischen und aromatischen Estern, aromatischen und aliphatischen Kohlenwasserstoffen, aromatischen-aliphatischen Kohlenwasserstoffen und Mischungen davon bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
10. Elektronisches Auflötverfahren, bei dem
a) eine anisotropisch-leitfähige Lötpaste auf, die Anschlußflächen und Zwischenräume einer Leiterplatte aufgebracht wird;
b) elektronische Auflötkomponenten auf die Leiterplatte aufgebracht werden, wobei die Anschlüsse der elektronischen Komponenten mit den mit Lötpaste beschichteten Anschlussflächen in Kontakt stehen;
c) die Leiterplatte auf eine Temperatur und für einen Zeitraum erhitzt wird, die ausreichen, um ein Schmelzen der Lötpaste zu bewirken; und
d) die Leiterplatte abkühlen gelassen wird;
wobei die Lötpaste frei von Flussmittel ist und feinverteilte Metalllegierungspartikel enthält, die in einer Lösung eines organischen Polymers in einem organischen Lösungsmit tel dispergiert sind, das einen Siedepunkt oberhalb der Erweichungstemperatur des Polymers und nicht höher als der Schmelztemperatur der Metalllegierungspartikel aufweist und wobei das Polymer eine Erweichungstemperatur unter dem Schmelzpunkt der Metalllegierungspartikel hat und wobei die Legierung eine Zinn-, Blei-, niedrigschmelzende wismut- oder indiumbasierte Legierung ist.
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das organische Polymer ein thermostatisches Polymer ist, das unter dem Schmelzpunkt der Metalllegierungspartikel durch Wärme erweichbar ist.
12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das thermoplastische Polymer aus der aus Polyamiden, Polyestern und Polyvinylchloriden, Polyvinylfluoriden, Polyethylenen, Polyurethanen oder Polystyrolen bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
13. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Metalllegierungspartikel aus der aus Zinn/Blei-Legierung, Zinn/Blei/- Silber-Legierung, Wismut/Zinn-Legierung und Indium/Zinn- Legierung bestehenden Gruppe ausgewählt sind.
14. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das flüchtige organische Lösungsmittel aus der aus aliphatischen und aromatischen Alkoholen, aliphatischen und aromatischen Estern, aliphatischen und aromatischen Kohlenwasserstoffen, aromatischen-aliphatischen Kohlenwasserstoffen und Mischungen davon bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
15. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem zwischen den Schritten (b) und (c) zusätzlich Druck auf die elektronischen Auflötkomponenten ausgeübt wird, wobei der Druck in einer solchen Höhe ausgeübt wird, die ausreicht, um Koplanarität der Anschlüsse der Komponenten mit den Anschlussflächen der Leiterplatten zu gewährleisten.
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