3.1 Weichaktivlöten (S. 59-60)
E. Lugscheider und S. Ferrara, Lehr- und Forschungsgebiet Werkstoffwissenschaften, RWTH Aachen

3.1.1 Einleitung

Neben den gängigen Lötprozessen in der Mikrosystemtechnologie hat sich ein innovatives Lötverfahren als besonders interessant erwiesen: das Weichaktivlöten (Smith 2001, Lugscheider u. Ferrara 2004). Zielsetzung dieses Verfahrens ist es, artungleiche Werkstoffe in der Mikrotechnik stoffschlüssig zu fügen und hybride Mikrostrukturen zu realisieren. Hierbei wurde besondere Aufmerksamkeit auf die Löttemperatur gerichtet, da zu hohe Prozesstemperaturen für zahlreiche Anwendungen in der Mikrotechnik von Nachteil sind. In der Makrotechnologie werden Aktivlötprozesse erfolgreich zum Verbinden keramischer Werkstoffe untereinander bzw. an metallische Werkstoffe eingesetzt. Um die Benetzung der nicht metallischen Substrate zu ermöglichen, muss allerdings das Aktivlötverfahren mit Prozesstemperaturen von mindestens 850 °C und Schutzgas- oder Hochvakuumatmosphäre durchgeführt werden. Im Gegensatz dazu kann man durch das Weichaktivlöten, das in der Mikrotechnik angewendet wird, in einem Temperaturbereich von 200 – 450 °C metallische und nichtmetallische Werkstoffe benetzen. Aufgrund der niedrigen Prozesstemperaturen wird darüber hinaus das Auftreten thermisch induzierter Spannungen wegen der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der hybriden Mikrobauteile vermieden (Hillen et al. 1998).

Mittels des Weichaktivlötens ist es möglich, artgleiche, artfremde oder schwer benetzbare Werkstoffe wie Glas, Silizium oder Keramik miteinander bzw. an metallische Werkstoffe zu fügen. Die Problematik der Beschränkungen hinsichtlich der zu fügenden Grundwerkstoffe, die häufig bei anderen Fügeverfahren in der Mikrotechnologie auftritt, entfällt deshalb bei diesem Lötprozess. Von großer Bedeutung bei diesem innovativen Fügeverfahren sind auch die kurzen Prozesszeiten sowie die Durchführung des Lötverfahrens an Luft, d.h. ohne Vakuum bzw. Schutzatmosphäre, und ohne Verwendung von Flussmittel. Beim konventionellen Weichlöten kommt dagegen üblicherweise Flussmittel zum Einsatz, das die Oxidhäute von der metallischen Oberfläche entfernt und deren Bildung während des Lötprozesses verhindert. Nach dem Weichlötprozess muss das Flussmittel entfernt werden, da es korrosiv wirken kann. Beim Weichaktivlöten hingegen tritt prinzipbedingt kein Problem hinsichtlich möglicher korrosiver Flussmittelreste in der Lötverbindung und Einsatz umweltschädlicher Reinigungsmittel auf.

Im Bereich der Mikroelektronik spielt heutzutage die Zusammensetzung der für die Fügeaufgaben verwendeten Lotlegierungen eine große Rolle, da gefährliche Stoffe wie Blei, Cadmium, Quecksilber bzw. sechswertiges Chrom nach der Richtlinie WEEE der Europäischen Kommission ab 1.1.2006 ersetzt werden müssen (Komm. Europ. Gem. 2001). Weichaktivlote enthalten keine gefährlichen Stoffe nach der o.g. Richtlinie und können problemlos für die Herstellung elektrischer sowie elektronischer Mikrobauteile eingesetzt werden.