Prakt. Met. Sonderband 47 (2015) 133
3 Vergleich der Alterungsmechanismen der Lote Bi5S7Sn42Ag1 zu,
Sn96,5Ag3Cul,S bei keramischen Bauelementen
ashe) |
yd Katja Reiter (V), Helge Schimanski, Max Hermann Poech, Saskia Schröder:
Xr Pe Fraunhofer Institut fiir Siliziumtechnologie, Itzehoe,
Selen ZU
anne
Li = {. Einführung
ba Auf elektronischen Baugruppen werden keramische SMD-Bauelemente, z.B. Widerstände, Kon-,
densatoren und Quarze, eingesetzt. Diese Komponenten sind hinsichtlich ihres Ausdehnungsverhal-
tens (Keramik: CTE ca. 6ppm/K) auf ihren Träger (Leiterplattenmaterial FR4: CTE typ. 14 ppm/K)
nicht angepasst. Dieser CTE- Mismatch führt insbesondere bei Keramikkomponenten größerer Di-’
mensionen (ab ca. 10mm Kantenlänge) zu vergleichsweise frühen Ausfällen bei Temperaturwech-,
selbelastung. Das Ausfallverhalten ist typischerweise in Form von Lötstellenermüdung bis hin zur.
Rissbildung zu beobachten. —_— a N
N Zu wenig Lotpaste oder Lotüberschuss führt zwangsläufig zu Lötfehlern (Nichtlötung, Kurzschlüs:
EURE se) oder zu Lötstellen mit eingeschränkter Zuverlässigkeit. Besonders deutlich tritt dieser Effekt ,
auf, wenn kleine Lotpastenmengen aufgetragen werden. Falsche Einstellungen beim Lotpasten-
druck sind immer noch eine der Hauptfehlerursachen für Lötfehler. Materialtoleranzen (z.B. Lot-
pastenqualität und Verarbeitung) führen oftmals zu einem unregelmäßigen Lotpastenauftrag, der
sich direkt auf die Lotstellenzuverlédssigkeit auswirkt. GroBe keramische Komponenten sind hin- |
sichtlich der Lotpastendruckstabilität und der damit verfügbaren Lotmenge einzelner Lötstellen als
wesentlich kritischer einzustufen, als sehr kleine Komponenten. Sa
Eine Zuverlässigkeitsuntersuchung von unterschiedlich gefertigten keramischen Komponenten er-
folgt im zyklischen Temperaturschocktest bei -40°C/+125°C und jeweils 15 Min. Haltezeit (20004
Zyklen). Hier wird die Lötstellenermüdung unter thermischer Wechselbelastung untersucht.
Die Lote BiSnAg und SnAgCu werden miteinander verglichen. Nach der Alterung werden die |
Komponenten optisch und rontgenografisch begutachtet. Metallographische Querschliffe werden
nach 2000 Temperaturzyklen zur Ermittlung der Rissbildung erstellt. Desweiteren werden Scher-
versuche zur Ermittlung der Scherfestigkeit durchgeführt...
2. .Versuchsdurchführung
2.1 Aufbau der Testleiterplatte:
Als Träger für die elektronischen Komponenten wird eine Leiterplatte aus FR4 (glasfaserverstärktes
Epoxidharz) eingesetzt. Die Oberflächenmetallisierung der Kupfer-Leiterbahnen besteht aus Ni. gf
ckel-Gold. A ’ We A -
Es erfolgt eine Variation des Padlayouts in vier Größen, Variante A bis D. Die Variante C stellt |i
hierbei die vom Bauelementhersteller bzw. vom Anwender empfohlene Padgeometrie dar. A ist um
50% und B um. 25% verkleinert, D ist um 25% vergrößert[1]( Tabelle 1). Die laterale Ausdehnung,
des FR4-Materials liegt typischerweise in einem Bereich von ca. 12...16ppm/K. Auf.die Leiterplat-
