Lotus-Effekt beim Löten mit Nanotechnologie

Damit werden feinste Lötstrukturen von einigen 100 Mikrometern möglich. Das Verfahren verbessert auch die Qualität der Leiterplatten, die das Herzstück aller elektronischen Geräte sind. Zudem sparen die beschichteten Schablonen Zeit in der Produktion, weil sie weniger oft gereinigt werden müssen.

Die Beschichtung ist bereits in verschiedenen Elektronikfertigungen im Einsatz.
Antihaftbeschichtungen verhindern die Benetzung der Oberfläche durch Flüssigkeiten oder zähe Stoffe. Das erreicht man entweder mit einer speziellen Struktur der Oberfläche – bekannt geworden durch den Lotus-Effekt – oder indem man die Oberflächenenergie des Materials herabsetzt – zum Beispiel mit einer Teflonbeschichtung. Antihaftbeschichtungen für Flüssigkeiten sind seit langem bekannt. Für sehr zähe Materialien wie Lotpasten gab es bisher noch keine entsprechende Lösung.

Die Forscher von Siemens Corporate Technology in Erlangen stellen die Beschichtung in einem Sol-Gel-Prozess her. Aus einer Dispersion mit sogenannten Precursor-Molekülen, dem Sol, entsteht in mehreren chemischen Prozessen ein Gel, das auf der Schablone zu einer festen Schicht ausgehärtet wird. Als Ausgangsprodukt dienen flüssige metallorganische Verbindungen (Alkoholate), die im Laufe des Prozesses mit ihren funktionellen Gruppen ein anorganisches-organisches Netzwerk bilden. Die Struktur der Alkoholate ist so gewählt, dass die Oberflächenenergie der Beschichtung möglichst niedrig ist.

Die funktionellen Gruppen der Moleküle und die Beschaffenheit des Netzwerks legen die Eigenschaften der Beschichtung fest. Deshalb kann man durch die Wahl der Ausgangsstoffe die Beschichtung an die Art der Anwendung anpassen. Für Lotpasten wurde eine kratzfeste Beschichtung hergestellt, die trotz mechanischer Belastung lange haltbar ist.

Presst man Lotpaste durch Schablonen, deren Innenseiten so beschichtet sind, bleiben keine Reste an den Schablonen haften, wenn die Platine abgezogen wird. Gerade bei sehr kleinen Strukturen von einigen 100 Mikrometern Kantenlänge ist dies wichtig, weil sonst zu wenig Lotpaste auf die Platine übertragen wird. Auf diese Weise können sehr hoch aufgelöste Strukturen präzise bedruckt werden. Die Schablone selbst bleibt lange – etwa für 50 Lötzyklen – sauber. Das spart Zeit in der Produktion, die nur selten zum Reinigen der Schablone unterbrochen wird. (RN 2009.06.5)