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9a: Elektrisch gezykeltes Peltierelement nach Präparationsmethode 1 präpariert, Darstellung im Polarisationskontrast 9b: Ausschnitt aus a) aufgeschmolzener Bereich der mittleren Säule, Darstellung im Polarisationskontrast Die Scheibe MD-Largo ist eine Feinschleifscheibe, die von der Fa. Struers für die Präparation von Verbundwerkstoffen mit weicher Matrix entwickelt wurde. Auf einer Stahlblechfolie sind sechseckige Plättchen aus Verbundmaterial verteilt. Nach Hinzufügen von 9µm- Diamantsuspension ist die Abtragsrate so hoch, daß nach kurzer Polierzeit die Schleifriefen vom 180er SiC- Papier entfernt sind. Anschließend genügt eine verkürzte Politur mit 6µm und 1µm Diamantsuspension auf Seidentüchern, um eine optimale Schliffqualität zu erzielen. 10a: Übersicht des gelöteten Bauteiles Bilder 10a-10d: Querschliff durch einen J-Lead- Anschluß eines Speichers mit Keramikgehäuse nach Präparationsmethode 2 schwieriger gestaltet sich die Erstellung einer planen Schliffoberfläche beim Schleifen. Der gleichmäßige Abtrag auf der Probe ist aufgrund der extremen Härteunterschiede schwierig. So geschieht es leicht, daß sich ein ungeübter Metallograph beim Anschleifen von diesen Werkstoffverbunden im „Pyramidenschleifen“ übt. Aber auch mit genügender Handfertigkeit gelingt es nicht, eine so plane Schliffoberfläche wie mit Präparationsmethode 2 zu erzielen. Bereits nach der feinsten Schleifstufe mit 1200er SiC- Papier ist eine leichte Reliefbildung erkennbar. Die Polierzeiten mit 6µm und 1µm- Diamantsuspension verlängern sich je nach Reliefstärke. Je länger die Polierzeiten gehalten werden, desto stärker werden die Kanten abgerundet und es kommt zu Auswaschungen im Weichlot, da die wei- 10b: Lötverbindung zwischen dem Bauteilkörper und dem Gehäusedeckel (hermetischer Verschluß - Ausschnitt A) 10c: Hartlötverbindung zwischen dem Bauteilkörper und dem Bauteilanschluß (Ausschnitt B) 10d: Weichlötverbindung zwischen dem Bauteilanschluß und der Trägerleiterplatte (Ausschnitt C) chen Materialien schneller abgetragen werden als die harten. Zwei weitere Beispiele für Keramikverbundpräparationen sind in den Bildern 9a und 9b dargestellt. Hierbei handelt es sich um ein elektrisch gezykeltes Peltierelement, bei dem durch die thermische Belastung eine Säule aufgeschmolzen ist. Das Peltierelememt besteht aus zwei Al 2 O 3 -Keramikplatten mit Kupferbeschichtung (DCB-Substrat), aus P- und N-dotierten Wismut-Tellurid-Säulen, welche mit Wismutlot auf das DCB-Kupfer gelötet wurden. Ein weiteres Beispiel ist in den Bildern 10a-d zu sehen. Es handelt sich um die metallographische Präparation eines Speicherbauelementes mit Keramikkörper. Bild 10a zeigt die Lötverbindung eines sogenannten J – Leads (J-förmiger Bauteilanschluß) mit einer FR4 – Leiterplatte. 4.2 Polymerverbunde (Leiterplatten) Die Probenpräparation von Leiterplattenmaterialien dient der Auffindung von Fehlern im Basismaterial eines Elektronikverbundes. Bei einer Leiterplatte handelt es sich um einen Verbundwerkstoff, der aus einem Epoxidharz-Glasfasergewebe besteht. Die Glasfasern sind im Gegensatz zu Epoxidharz-Matrix sehr spröde. Beim Schleifen brechen diese Fasern aus. Ziel der Probenpräparation ist es, während des Schleifens möglichst wenig Glasfasern auszubrechen und die Ausbrüche mit den Polierschritten zu entfernen. Verwenden kann man hierzu beide Präparationsmethoden. 17
11: Fehler im Aufbau eines Multilayers Bilder 11, 12: Beispiele der metallographischen Präparation von Mehrlagenleiterplatten 12: Leiterplatte mit Kupferlackdraht Bei der Präparationsmethode 2 ist es sinnvoll, die Probe auf SiC- Papier mit 500er Körnung zu Schleifen. Nach dem Feinschleifen auf der Largoscheibe sollten alle Glasfaserausbrüche beseitigt sein. Anschließend genügen eine kurze Politur mit 6 µm und 1 µm Diamantsuspension. Werden die Ausbrüche nicht ausreichend beseitigt, so lassen sich Leiterplattenfehler, wie 13: Glasdiode auf mehrlagiger Leiterplatte aufgelötet, mit Riß im Glaskörper Delaminationen, Harzrückzüge etc. nicht eindeutig nachweisen. Die Kupferschichten auf den Leiterplatten bestehen aus Basiskupfer (Kupferkaschierung des Basismaterials) und Aufbaukupfer (ggf. mehrere Lagen). Die Kupferhülse in Durchkontaktierungen besteht aus der Bekeimungsschicht und dem Aufbaukupfer. Um den Kupferlagenaufbau untersuchen zu können, muß das Kupfer angeätzt werden. Hierfür eignet sich eine Ätzlösung aus destilliertem Wasser, 25%-igen Ammoniak und einem Tropfen Wasserstoffperoxid im Verhältnis 6:6:0,1. Die Proben sollten direkt nach der OP-S- Politur geätzt werden. Wichtig ist hierbei, daß das Ätzmittel frisch angesetzt wird. In den Bildern 11 und 12 sind geätzte Querschliffe von Leiterplatten dargestellt. Im Bild 11 erkennt man einen fehlerhaften Innenaufbau einer Mehrlagenleiterplatte. Dabei sind verschiedene Sachverhalte sichtbar: Knospenbildung in der Kupfer metallisierung (1) 14: Siliziumchip mit Aluminiumdrahtbond Zwei-Punkt-Anbindung eines Restrings einer Innenlage an die Hülsenmetallisierung (2) Harzrückzug an der Kupferhülse (3) Bild 12 zeigt eine alternative Innenlagenverdrahtung. Anstelle von mehreren strukturierten laminierten Innenlagen werden Kupferlackdrähte verwendet. Bilder 15a-b, 16a-b, 17a-b: Makroaufnahmen elektronischer Bauelemente mit Schliffbildern 15a: Makrobild eines Kondensators 16a: Makrobild eines Widerstandes 17a: Makrobild eines Melfwiderstandes 15b: SnPb- Lotgefüge eines Kondensators, dargestellt im Polarisationskontrast 18 16b: SnPb- Lotgefüge eines Widerstandes Gefüge dargestellt im Polarisations-kontrast 17b: Melfwiderstand lasergelötet mit Hochtemperaturweichlot, Gefüge dargestellt im Polarisationskontrast
Seite 1 und 2: Besonderheiten der metallographisch
Seite 3 und 4: sind Abtragsrate und Verformungstie
Seite 5: Bild 6: Darstellung des Härteprofi
Seite 9: 5. Präparations-Artefakte Im folge

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