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Metallbläschen: So kann man ohne Hitze löten

Ein chemischer Trick macht aus einer Legierung kleine "Wasserballons". Wo man sie platzen lässt, entsteht eine feste Lötverbindung.
Löten auf einer Leiterplatine

Wissenschaftler wollen die uralte Kulturtechnik des Lötens revolutionieren – mit einem Verfahren, das ganz ohne Lötkolben oder -brenner auskommt. Martin Thuo von der Iowa State University in Ames und Kollegen nutzen dabei eine spezielle Legierung, die sie in die Form kleiner Bläschen bringen. Um zwischen zwei Kontakten eine leitende Verbindung herzustellen, muss man die entsprechende Stelle lediglich mit den Bläschen benetzen und diese durch Draufdrücken zum Platzen bringen.

Möglich macht es eine Mischung aus Indium, Bismut und Zinn, die unter dem Namen Fieldsches Metall bekannt ist. Sie ist bei Raumtemperatur fest und bei über 62 Grad Celsius flüssig. Durch ein spezielles Herstellungsverfahren gelingt es Thuo und Kollegen, kleine Tröpfchen der Legierung mit einer Schutzhülle zu umgeben und sie so im Innern am Festwerden zu hindern – die Legierung wird sozusagen unterkühlt. Bricht die Schutzhülle, tritt das Fieldsche Metall aus und erstarrt.

Im Video zeigen sie, wie sie einen dünnen Golddraht auf eine Goldfolie legen, die Lötflüssigkeit daraufträufeln und dann mit einem Glasstab darüberrollen. Fast sofort haften Draht und Folie aneinander, es entsteht eine stabile, elektrisch leitfähige Verbindung aus dem Fieldschen Metall.

Der Produktionsprozess beginnt damit, die erwärmte, flüssige Legierung in Essigsäure und Diethylenglykol zu lösen und dann mit Hilfe eines starken Mixers in Tröpfchen zu zerlegen. Wie "Nature" berichtet, entsteht dabei zunächst eine Lufthülle um jedes Tröpfchen, die nur ein Nanometer dick ist und in der eine Oxidation der Legierung stattfindet. Diese Oxidschicht reagiert dann mit der Essigsäure zu einem weiteren Mantel, der verhindert, dass das Bläschen bei Abkühlung zusammenfällt. Durch Veränderung des Herstellungsprozesses sollen sich der Durchmesser der Tröpfchen zwischen vier Nanometern und einem Mikrometer einstellen lassen.

Größter Nachteil des Verfahrens ist, dass die Lötstelle maximal bis 62 Grad Celsius erhitzt werden darf. An diesem Punkt beginnt das Fieldsche Metall zu schmelzen, und die Kontakte fallen auseinander. Für viele gängige Elektronikanwendungen dürfte das Verfahren damit nicht wirklich praktikabel sein. Allerdings tüfteln die Forscher offenbar bereits an einer hitzestabileren Variante. Eine Legierung aus Bismut und Zinn lässt sich offenbar nach demselben Prinzip verkapseln, bietet aber einen Schmelzpunkt von 139 Grad Celsius. Auch planen sie, ihre Erfindung sobald wie möglich kommerziell zu vermarkten – eine entsprechende Firma sei bereits gegründet, heißt es bei "Nature".

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