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Friday, September 18, 2020, Virtueller Raum 2 11:15 AM Mikroverbindungstechnik und elektronische Anwendungen |
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Auswirkungen von Verwindungen und Verwölbungen während des Lötens auf die Zuverlässigkeit von Lötstellen |
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Heinz Wohlrabe* / TU Dresden Zentrum für mikrotechnische Produktion, Deutschland Karsten Meier / TU Dresden IAVT, Deutschland Oliver Albrecht/ TU Dresden IAVT, Deutschland |
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Elektronische-Baugruppen enthalten vielen Materialien, die zum Teil erhebliche Unterschiede der thermischen Ausdehnungskoeffizienten haben. Dies bedeutet, dass während des Lötens aber auch im realen Nutzungsbetrieb Verwindungen und Wölbungen entstehen werden. So sind Padabrisse (Pad cratering), Head in Pillow (besonders bei BGAs) und Lotbrücken typische Fehler, die beim Reflowlöten entstehen, können durch diese Verbiegungen verursacht werden. Zusätzlich haben Leiterplatten und SMD-Bauteile oft unterschiedliche Verbiegungstendenzen, z.B. konvex/konkav, die diese Tendenzen verstärken aber auch abschwächen können. Zum Erstarrungszeitpunkt werden die aktuellen Verbiegungszustände eingefroren. Danach auftretende Verbiegungen äußern sich als mechanische Spannungen in den Lötstellen, die Auswirkungen auf die Zuverlässigkeit haben. Im Projekt wurden die Auswirkungen dieser Verbiegungen auf Qualität und Zuverlässigkeit der Baugruppen untersucht. Ein Schwerpunkt war die theoretische und praktische Analyse des Zuverlässigkeitsverhaltens. Es wurde für einen realen (kein Dummy!) BGA 361 zwei Testboards realisiert, die ein unterschiedliches Verbiegungsverhalten aufwiesen. Mittels Thermoschock wurden diese Baugruppen bis zu 6000 Zyklen analysiert, wobei fast alle Balls einzeln auf eine Unterbrechung analysiert werden konnten. Bei den Boards mit größeren Verbiegungsdifferenzen war eine niedrigere Zuverlässigkeit detektierbar. Diese Tendenz wurde durch parallel durchgeführte FEM-Analysen bestätigt. Im Qualitätsteil des Projektes wurde ein spezielles Testboard (Schachbrett) entwickelt, bei dem ein stark unterschiedliches Verbiegungsverhalten auf einer Platte vorhanden war. Die unterschiedlichen Teilflächen wurden mit verschiedenen Bauteilen bestückt und das Entstehen von Lötfehlern untersucht. Ein reales Resultat ist die Empfehlung, dass die maximale Koplanarität des zu analysierenden Bauteils beim Aufschmelzen nicht größer als die gedruckte Nassschichtdicke der Lotpaste sein sollte. Dann ist ein Entstehen von Head in Pillow so gut wie ausgeschlossen. Es wurde eine Datenbank geschaffen, in der ca. 1000 real gemessene Objekte (BGA, QFN, QFP, Leiterplatten, Stecker, ...) enthalten sind. Als Messverfahren wurde die Thermoire®-Analyse benutzt. Diese Datenbank ermöglicht die detaillierte Analyse der Messergebnisse inklusive der Überlagerung (z.B Kombination Bauteil zur zugehörigen Leiterplatte) von Messergebnissen |