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1879 |
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Wednesday, February 24, 2010, Saal III 5:45 PM Baugruppenfertigung und Verbindungstechnik II |
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Aufbau- und Verbindungstechnologie sowie Zuverlässigkeit für Niedertemperaturlote auf Basis SnBi |
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Jörg Trodler* / W.C. Heraeus GmbH, Deutschland F. Breer / W. C. Heraeus GmbH, Deutschland C. Hoffmann/ W. C. Heraeus GmbH, Deutschland K. Birgner/ Loewe Opta GmbH, Deutschland S. Kemethmüller/ Micro Systems Engineering GmbH, Deutschland J. Goßler/ Micro Systems Engineering GmbH, Deutschland |
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Basierend auf die Umstellung von bleihaltigen auf bleifreie Lote wurde der Schwerpunkt auf SnAg basierende Lote gelegt. Daraus resultierten höhere Anforderungen - aufgrund der steigenden Löttemperatur - an das Substratmaterial, die Padoberflächen und natürlich auch an die Bauelemente. Alles in allem hat sich eine Erhöhung der Kosten vor allem die des Materials (silberhaltige Legierung, Bauelemente / -qualität, Leiterplatten etc.) und zu einem erheblichen Teil bei dem benötigen Mehrbedarf an Energie ergeben. Um diese Kosten zu reduzieren, wurde in den letzten Jahren intensiv nach alternativen Legierungssystemen geforscht, die wiederum zu einem Verringern der Löttemperatur führen sollen. Eine sich frühzeitig abzeichnende Legierung war auf Basis SnBi in der eutektischen Zusammensetzung mit 138°C gegeben, konnte aber aufgrund der Mischbestückung, bei dem auch noch bleihaltige Komponenten zu Einsatz kamen, somit ein SnBiPb ? Gefüge mit 96°C (Eutektikum 55.5Bi44.5Pb 124 Grad, Eutektikum 46.0Bi34.0Sn20.0Pb 96 Grad) Schmelztemperatur entsteht, nicht eingesetzt werden. Da aber die meisten Komponenten mittlerweile als bleifreie Variante zur Verfügung stehen, konnte dieser Ansatz neu überdacht werden. Da unter anderem die mechanische Stabilität von SnBi mit einer Zusatzkomponente z.B. Ag metallurgisch verbessert wird und die Liquidustemperatur nur um 2 K auf 140°C steigt, sind die Untersuchungen mit dieser Dreistofflegierung durchgeführt worden. Ausgehend von den Verarbeitungseigenschaften dieser Legierung, insbesondere deren Löteigenschaft wurde die Kompatibilität zu bleifreien Oberflächen insbesondere zu BGAs mit SAC Ballmaterialien und diversen Leiterplattenoberflächen überprüft. Weiterhin wurden kleineren Lotkugelklassen bis hin zu Typ 7 für die Modulmontage getestet. Mit ausgewählten Baugruppen sind Zuverlässigkeitsuntersuchungen durchgeführt worden, die sich teilweise an Anforderungen aus dem Bereich Automotive angelehnt haben. In der Zusammenfassung wird aufgezeigt, dass mit SnBiAg eine Lotlegierung vorhanden ist, die für die AVT geeignet ist und somit ein Potential zur Kostenreduktion und zur qualitativen Verbesserung hat. Damit kann die Wettbewerbsfähigkeit vieler Unternehmen, speziell in Europa, gesteigert werden ohne die Ansprüchen an zuverlässige Baugruppen zu senken. Loewe arbeitet meist mit OSP-Oberflächen, teilweise auch HAL. Bei Loewe soll SnBiAg generell als Niedrigtemperaturlotalternative qualifiziert werden. Loewe, wichtigste Beweggründe: SAC Wellenlötbauteile lassen sich in der Regel mit SnBiAg Reflow löten, somit kann man bei gleichem Material die bessere Reflowqualität nutzen.. Ermöglichung komplexer Prozessfolgen mit SAC und SnBiAg. Erweiterte Verarbeitungsmöglichkeiten von optoelektronischen Baugruppen mit weniger Energieverbrauch aufbauen. Bauelementen bzw. empfindlicheren Materialien, anders ausgedrückt auch kostengünstigeren Materialien. |