Oberflächen- und Volumendesign von Lötwerkstoffen

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Heitec AG

MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

Precoplat Präzisions-Leiterplatten-Technik GmbH

Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM

1. Oberflächen- und Volumen-Design des Löt-Grundwerkstoffs

Beispiele für die Anwendung dieser Lösungsvarianten zeigt Bild 2. So wird nach /3/ beim Weichlöten von Al/Ti-Verbunden mit einem SnIn-Fertiglot eine Verbesserung der thermo-mechanischen Zuverlässigkeit der Lötverbindungen dadurch erzielt, dass in der Lötoberfläche viele lokale nicht benetzbare Bereiche mittels einer spe-ziellen Beschichtung angeordnet sind (links – Kurven 1 und 2).

Hierdurch wird der Rissweiterlauf ständig unterbrochen, was zu seiner Umlenkung und damit auch zu einem größeren Laufweg führt Damit wird der Abfall der Scherfestigkeit bei einer Temperaturwechsel-Beanspruchung gegenüber den konventionellen Weichlötverbindungen mit einer 2-D-Rissausbreitung deutlich verringert (Kurve 3). Es handelt sich hierbei also um ein Oberflächen-Design des Löt-Grundwerkstoffs mit additiven artfremden Strukturelementen.

Mit Verformung des Löt-Grundwerkstoffes geht Verfestigung einher

Rechts im Bild 2 ist der Einfluss einer plastischen Vorverformung des Lötgrundwerkstoffs auf die mechanischen Eigenschaften und die Korngröße des Lötguts dargestellt /4/. Mit steigender Verformung verringert sich die Korngröße im Lötgut und seine Festigkeit und Mikrohärte werden deutlich größer. Leider sind zu diesem interessanten Beispiel des Volumen-Designs des Löt-Grundwerkstoffs in der Quelle keine konkretere Angaben zu den verwendeten Werkstoffen und Lötverfahren gemacht worden, es wurde nur über das Löten von Fe-Basislegierungen gesprochen.

Das erreichte Ergebnis aus der mit der Verformung einhergehenden Verfestigung wird durch Kornfeinung, Bildung von feindispersen Karbidausscheidungen entlang der Gleitebenen und Akkumulation von Stapelfehlern im Grundwerkstoff erklärt. Die Autoren führen den positiven Einfluss der Vorverformung auf die Generierung von physikalisch bedingten Gitterfehlern aufgrund der Fehlanpassung der Gitter in der entstehenden inneren Grenzfläche „Grundwerkstoff – erstarrende Lötgutschmelze“ sowie auf die Vererbung der physikalisch bedingten Gitterfehler aus dem Grundwerkstoff in die erstarrende Lötgutschmelze zurück.

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