ADVERTORIAL Die Anforderungen an die elektrische Zuverlässigkeit steigen Zukunftssichere Flussmittel Systeme in Lotpasten Da sich die Einsatzbedingungen von elektronischen Baugruppen stetig verändern, ergeben sich immer neue Anforderungen an die in den Baugruppen verwendeten Materialien. So erfordert zum Beispiel der Bereich der automobilen Elektronik, bedingt durch völlig neue „Mission Profile“ bei der Berechnung der Zuverlässigkeit über die Lebensdauer, eine viel höherer Anzahl an Betriebsstunden. Dies ist unter anderem der vorschreitenden Elektrifizierung in diesem Markt geschuldet. Da zum Beispiel Plug In HEV (Hybrid Electrical Vehicle) und Zero Emission Fahrzeuge veränderte Anforderungen an die Elektronik stellen. So wird bedingt durch die Ladezyklen während ein Fahrzeug parkt, die Einsatzzeit der Elektronik um auf das bis zu 15-fache im Vergleich zu einem konventionellen Fahrzeug ausgeweitet. Weiterhin treiben Connectivity Applikationen die Betriebseinsatzdauer von Baugruppen hin zu 24h/7d Profilen. Diese geänderten Rahmenbedingungen stellen nun auch neue, höhere Anforderungen an die Chemie in no-clean Flussmittel Andreas Karch ist zuständig für den Support, einschließlich der Vermittlung von Prozess-Expertise und technischer Anwenderberatung für die Fertigungsmaterialien von Indium Corporation, wie Lotpaste, Lot-Preforms, Flussmittel und diverse Werkstoffe für die optimale Wärmeleitung. Andreas Karch verfügt über mehr als 20 Jahre Erfahrung in der Automobilelektronik sowie Leistungselektronik, einschließlich der Entwicklung von fortschrittlichen kundenspezifischen Lösungen. Das Österreichische Patentamt hat ihm 2014 als einen der Top-Zehn-Antragsteller den „Inventum“ Award für sein Patent der innovativen LED-Automobilbeleuchtung verliehen. Er ist ein ECQA-zertifizierter Entwicklungsingenieur (European Certification and Qualification Association) und hat den Sechs-Sigma Yellow Belt erworben. Mit seinem fundierten und tiefgreifenden Verständnis der Prozesstechniken sowie seiner hohe Kompetenz im Projekt-Management bekräftigt Andreas Karch Indium Corporations Engagement, seine Kunden in Europa mit erstklassigem Service voll zu unterstützen. der Lotpasten, da diese die verlängerte Einsatzdauer von Baugruppen nicht durch elektro-chemische Reaktionen beschränken dürfen. Vortrag Da der Standard Fertigungsprozess in Elektronikindustrie keine Reinigung von Baugruppen nach dem Reflowlöten vorsieht, werden vornehmlich „no-clean“ Lotpasten verwendet. Die Unbedenklichkeit der auf den Baugruppen verbleibenden sogenannten „halogenfreien ,no-clean“ Flussmittel-Rückstände wird heute noch oft durch die Tests der Norm J-STD 004B abgeprüft. Hierbei dient besonders der SIR (Surface Insulation Resistance) Test als Nachweis der elektro-chemischen Dauer Zuverlässigkeit dieser Flussmittel-Rückstände. Anwendungen aus dem Bereich Automotive zeigen nun aber, dass diese Testbedingungen nicht länger ausreichen und somit die Anforderungen an die Chemie dieser Flussmittel deutlich gestiegen sind. Um Langzeit Effekte wie das Wachstum von Dendriten zwischen Potentialen zu verhindern (Bild 1und Bild 2). So dass heute bereits Tier One Hersteller von automobil Elektronik die SIR Anforderungen an die no-clean Rückstände aus Lotpasten deutlich erhöht haben. So wurde zum Beispiel die zu bestehende Test-Dauer von 168 Stunden auf 1000 Stunden erhöht Ionic Messung nach der C3 Methode 44 EPP Januar/Februar 2019
Dendriten Wachstum zwischen Potentialen unter Bauteil (+ca.600%). Um einen der Treiber der elektro-chemischen Migration realistischer prüfen zu können, wurde die angelegte Test-Spannung von 5Volt auf bis zu 50Volt erhöht. Zusätzlich werden nun realitätsnahe Test Strukturen mit reduzierten Isolationsabständen verwendet, welche den aktuellen Board Designs und Bauteildichte eher entsprechen. (Tabelle a) Weiterhin testen immer mehr Elektronik Hersteller die Ionische Reinheit der in Ihre Prozesse einfließenden Materialien. Die Motivation zum Messen der Ionen-Kontamination der Vormaterialien liegt darin begründet, das die finalen Baugruppen am Ende der Prozesskette, solche Reinheitstests bestehen müssen. Somit wird das Risiko von Ausfällen, bedingt durch elektrochemische Migration minimiert. In der IPC-TM-650 sind diese Test als ROSE „Resistivity of Solvent Extract” beschrieben. Und auch hierbei müssen die Rückstände der Lotpasten, welche in aktuellen automotiven Applikationen freiqualifiziert sind, viel schärfere Limits einhalten als in der Vergangenheit. Zum Beispiel deutlich unter 1,56μg/cm². Zusätzlich kommen Messmethoden zur lokalen Bestimmung der Ionischen Reinheit auf Baugruppen zum Einsatz. Wie die im Bild3 dargestellte C3 Methode der Firma Foresite. Das Thema der elektro – chemischen Zuverlässigkeit von Flussmittelrückständen in no-clean Reflow Prozessen wird immer Bedeutsamer und erfordert den Einsatz geeigneter Chemie im kompletten Herstellungsprozess. SIR Test Anforderungen Gegenüberstellung Die Themenfelder umfassen nachfolgende Bereiche: 1. Elektrische Zuverlässigkeit von „no-clean“ Lotpasten(Isolationsfestigkeit) a) J-STD-004B SIR Test b) aktuelle automotive SIR Anforderungen 2. Ionische Verunreinigung in „no-clean“ Prozessen a) ROSE Test nach IPC-TM 650 b) C3 Test Methode P r o f i l Die Indium Corporation ist ein renommierter Hersteller und Lieferant von Premiumprodukten für die weltweite Elektronikindustrie sowie für Hersteller von Halbleitern, Dünnfilmschaltungen und Solarsystemen sowie von Systemen zum Wärmemanagement. Zum umfangreichen Produktportfolio gehören Lotpasten, Flussmittel, Hartlötwerkstoffe, Wärmeleitmaterial, Sputtering-Targets, Materialien wie Indium, Gallium, Germanium und Zinnlegierungen sowie inorganische Verbundstoffe und NanoFoil®. Das Unternehmen wurde 1934 gegründet und verfügt über ein weltweites Netz von Niederlassungen für den technischen Support und betreibt Fertigung in China, Malaysia, Singapur, Südkorea, Großbritannien sowie den USA. Weitere Informationen über die Indium Corporation stehen zur Verfügung unter www.indium.com , oder Sie senden ein Email an abrown@indium.com. Sie können auch in einen Dialog mit unseren Experten eintreten mit From One Engineer To Another® (#FOETA), bei www.facebook.com/indium oder @IndiumCorp. EPP Januar/Februar 2019 45
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