Das Standardlot SN100C wurde um ein weiteres Patent ergänzt: Patentiert wurde die Zusammensetzung der Lötverbindung (EP2218540B1, US8999519B2). Tetsuro Nishimura, Erfinder und Präsident von Nihon Superior, hatte am 20.10.2008 ein Patent über die Zusammensetzung der Lötverbindung und der intermetallischen Phase eingereicht. Nun wurde das Patent kürzlich erteilt.

Nicht nur die Lotlegierung SN100C ist patentiert, sondern neuerdings auch die sich mit diesem Lot ergebende intermetallische Phase der Lotverbindung.

Nicht nur die Lotlegierung SN100C ist patentiert, sondern neuerdings auch die sich mit diesem Lot ergebende intermetallische Phase der Lotverbindung. Balver Zinn

Intermetallische Phase – worauf es ankommt

Die intermetallische Phase beim Löten mit Standard-SnCu-Loten besteht üblicherweise aus Cu6Sn5, vereinzelt aus Cu3Sn-Phasen. Nickel und Kupfer bilden mit Zinn intermetallische Phasen mit hexagonalen Gitterstrukturen und haben ähnliche Kristalldimensionen wie das reine Kupfer. Dadurch kann Nickel in intermetallischen Phasen das Kupfer gut ersetzen beziehungsweise während der Diffusionsprozesse dessen Platz einnehmen. Beim Löten mit Nickel-dotierten Loten entsteht somit eine Cu6Sn5-Phase, die mit Nickel versetzt ist: die (CuNi)6Sn5. Aus der Bewertung von Lötverbindungen nach Thermozyklen, zeigt sich, dass diese Phase stabiler ist und ein geringeres Wachstum aufgrund von Temperatureinwirkung aufweist.

Nicht nur die Lotlegierung SN100C ist patentiert, sondern neuerdings auch die sich mit diesem Lot ergebende intermetallische Phase der Lotverbindung.

Nicht nur die Lotlegierung SN100C ist patentiert, sondern neuerdings auch die sich mit diesem Lot ergebende intermetallische Phase der Lotverbindung. Balver Zinn

Für Nihon Superior und Tetsuro Nishimura war es Grund genug, nicht nur die Zusammensetzung des Lotes SN100C, sondern auch die Lötverbindung in Verbindung mit der Einlagerung von Nickel patentieren zu lassen. Daraus sind die neuen Patentschriften EP2218540B1 und US8999519B2 entstanden. Unabhängig von der eingesetzten Legierung bestehen somit Patentansprüche auf die Lötverbindung und deren IMC, sobald eine dieser Bedingungen erfüllt beziehungswese gegeben ist:

  • In der Intermetallische Phase (IMC) entsteht (CuNi)6Sn5 mit einem Substitutionsverhältnis zwischen Kupfer und Nickel von ca. 5:1.
  • Die IMC umfasst ca. 9 Atom% Nickel
  • Die IMC weist eine hexagonale kristalline Struktur
Bild 5 aus der Patentschrift: IMC mit Cu6Sn5: Weil kein Nickel enthalten ist, weist die Lotverbindung eine monokline Kristallstruktur auf, was zu Spannungsrissen aufgrund von Phasenwachstum führt.

Bild 5 aus der Patentschrift: IMC mit Cu6Sn5: Weil kein Nickel enthalten ist, weist die Lotverbindung eine monokline Kristallstruktur auf, was zu Spannungsrissen aufgrund von Phasenwachstum führt. Balver Zinn

Zudem kommt es auf das Verhältnis von verschiedenen Unter- und Obergrenzen hinsichtlich der Kupfer- und Nickelanteile an: Die Grenzen für Kupfer liegen zwischen 0,01 – Gew. 7,6%, die für Nickel 0,001 – 6 Gew. %, wobei nicht jede beliebige Kombination in das Patent fällt. Die Auswirkung der (CuNi)6Sn5 ist nicht nur in der intermetallischen Phase sichtbar, vielmehr kann diese auch anhand von Studien an Zerreißproben mit BGA-Kugeln dargestellt werden. Bild 9 aus den Patenten EP2218540B1 und US8999519B2 zeigt einen signifikanten Unterschied zwischen Lötverbindungen, die mit Nickel versetzt sind.

Standardlot SN100C

Bild 8 aus der Patentschrift: IMC mit Cu6Sn5: Beim Löten mit SnCu0,7 ohne Nickel zeigt sich eine große Tendenz zu Spannungsrissen mit großer Risslänge.

Bild 8 aus der Patentschrift: IMC mit Cu6Sn5: Beim Löten mit SnCu0,7 ohne Nickel zeigt sich eine große Tendenz zu Spannungsrissen mit großer Risslänge. Balver Zinn

Tetsuro Nishimura von Nihon Superior hat als Pionier der mikrodotierten Lote mit dem patentierten Lot SN100C Meilensteine für die Elektronikindustrie gesetzt. Als einer der ersten Lizenznehmer hat Balver Zinn das enorme Potenzial des mikrodotierten Lotes SN100C erkannt und vor über 15 Jahren eine europaweite Kampagne gestartet. Daraus resultierte die Aufnahme von SN100C in die Norm DIN EN ISO 9453.

„Dass dieses mikrodotierte Lot mit der Normierung zum Standard-Lot erhoben wurde zeigt, dass wir mit unserer Marktpräsenz und Arbeit die Signale gut erkannt und richtig umgesetzt haben“, betont Paolo Corviseri, Head of Technical Support & Area Sales Manager von Balver Zinn. Gegenstand der Patentschriften (EU985486, JP3152945, US6180055) ist die Mikrodotierung von Nickel (Ni) und teilweise Germanium (Ge) in das Zinn-Kupfer-Eutektikum (SnCu). Die Mikrodotierung verändert bestimmte Eigenschaften und erhöht die Langzeitzuverlässigkeit der Lötverbindungen.

Bild 8 aus der Patentschrift: IMC mit (CuNi)6Sn5: Beim Löten mit SnCuNi-Loten ergibt sich eine geringe Tendenz zu Spannungsrissen. Es bilden sich kurze Risslängen. Es bildet sich eine hexagonale Kristallstruktur mit ca. 9 Atom% Ni.

Bild 8 aus der Patentschrift: IMC mit (CuNi)6Sn5: Beim Löten mit SnCuNi-Loten ergibt sich eine geringe Tendenz zu Spannungsrissen. Es bilden sich kurze Risslängen. Es bildet sich eine hexagonale Kristallstruktur mit ca. 9 Atom% Ni. Balver Zinn

Erstmals stellt Balver Zinn auf der electronica 2018 aus. Messeschwerpunkte werden das neue Patent zur intermetallischen Phase sein, genauso wie das Standardlot SN100C und weitere Neuerungen hinsichtlich Lotmaterialien und Flussmittel.

electronica 2018: Halle C2, Stand 424