Aufbau und Verbindungstechnologie sowie Zuverlässigkeit für Niedertemperaturlote (NSL) auf Basis SnBi
FED Talk am 07.12.2023
Bei der Umstellung von bleihaltigen auf bleifreie Lote wurde seinerzeit der Schwerpunkt auf SnAg-basierende Legierungen 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 mit einer geringeren Löttemperatur geforscht. Eine sich frühzeitig abzeichnende Legierung war auf Basis SnBi in der eutektischen Zusammensetzung mit einer Liquidustemperatur (TL) von 138 °C gegeben oder mit Zusätzen von z. B. Silber.
Da unter anderem die mechanische Stabilität von SnBi mit einer Zusatzkomponente z. B. von Ag metallurgisch verbessert wird und die TL nur um 2 K auf 140 °C steigt, wurden Untersuchungen mit dieser Dreistofflegierung durchgeführt. Ausgehend von den Verarbeitungseigenschaften dieser Legierung, insbesondere deren Löteigenschaft, wurde die Kompatibilität zu bleifreien Oberflächen und zu BGAs mit SAC-Ballmaterialien sowie diversen Leiterplattenoberflächen überprüft. Dazu kamen Zuverlässigkeitsuntersuchungen an ausgewählten Baugruppen. Hier zeigten sich in einem weiteren Projekt Einschränkungen bezüglich eines Temperaturwechseltest (TCT) bis 125 °C.
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. Außerdem werden in der Online-Veranstaltung die Ergebnisse von zwei Projekten diskutiert, aber auch die Grenzen bezüglich der Zuverlässigkeit aufgezeigt. Ein weiteres Ergebnis wird im Zusammenhang mit einer thermischen Dauerlast beschrieben, sowie auf zwei weitere Projekten hingewiesen, die den Schwerpunkt der Anlagentechnik, die Verarbeitung beim Reflowlöten, des Reparaturlötens sowie einer Betrachtung von Zuverlässigkeitsaspekten bietet.
Der Referent hat mehr als 25 Jahre Berufserfahrung auf dem Gebiet der eAVT. Während seiner beruflichen Stationen bei der Siemens AG Berlin und W. C. Heraeus GmbH arbeitete er in verschiedensten Projekten zum Fachthema mit. Zuletzt verantwortete er weltweit die Anwendungstechnik im Bereich Automotive- und Industrieelektronik. Seit Anfang 2022 ist er als selbständiger Berater tätig.
