» BAUGRUPPENFERTIGUNG Bleifreie Niedertemperatur-Lotpaste für Wafer-Level-Packaging-Anwendungen (Teil 1) Neue Erkenntnisse beim Löten Die iNEMI Board and Assembly Roadmap 2017 prognostizierte bis 2027 eine Adoptionsrate von bis zu 20% für Niedrigtemperatur-Lötpasten (LTS) für die Leiterplattenmontage [1] . Die Haupttreiber für die Einführung des Niedrigtemperaturlötens sind die Reduzierung des dynamischen Verzugs hochintegrierter Komponenten, Reduzierung des Energieverbrauchs während des Lötens sowie ein geringeres Risiko für temperaturempfindliche Sensoren. Im ersten Teil des Artikels wird der experimentelle Versuch zur Eignungsprüfung von Niedertemperaturloten aufgezeigt. Die Ergebnisse der Versuchsreihe erscheinen in unserer nächsten Ausgabe der EPP. » Hongwen Zhang & Jie Geng & Tyler Richmond & Huaguang Wang von Indium Corporation; Diego Prado, Cornell University; Tybarius Harter, SUNY Polytechnic Institute BiSn-Lote, einschließlich BiSn-Eutektikum, BiSnAg-Eutektikum, BiSn-Off- Eutektikum und deren Modifikationen, wurden intensiv untersucht und gelten als führende Kandidaten für einen Niedrigtemperatur-Lötprozess. BiSn-Lot hat eine eutektische Temperatur von 138°C, was ein Reflow-Löten bei niedrigen Temperaturen ermöglicht. Allerdings schränkt die niedrige Schmelztemperatur auch den Einsatztemperaturbereich ein. Darüber hinaus birgt die inhärente Sprödigkeit von Bi das Risiko der Drop-Shock Zuverlässigkeit, insbesondere in Mobiltelefonanwendungen. Das eutektische SnIn-Lot hat eine Schmelztemperatur von 118°C, wodurch noch niedrigere Löttemperaturen möglich sind. Folglich wäre auch die Einsatztemperatur niedriger. Das SnIn-System ist von Natur aus duktil und weich und sollte im Vergleich zum BiSn-System eine höhere mechanische Schockfestigkeit aufweisen. Um die Lotpaste bei niedrigeren Temperaturen (d. h. 190°C~210°C) reflowlöten zu können und eine Schmelztemperatur über 180°C für höhere Einsatztemperaturen beizubehalten, wurde die DFLT-Paste mit einer patentierten Technologie [2] entwickelt, die sowohl ein niedrigschmelzendes SnInAg-Lotpulver als auch ein Sn-reiches Lotpulver in der Paste enthält. Das Vorhandensein des niedrigschmelzenden SnIn-Lotes in DFLT ermöglicht das Reflowlöten bei relativ niedrigen Spitzentemperaturen bis zu 200°C oder sogar 190°C [3] . Das Sn-reiche Lotpulver löst sich während des Reflowlötens kontinuierlich in der SnIn-Lotschmelze und verschiebt die Legierungszusammensetzung in Richtung des Sn-reichen Endes. Nach der Erstarrung ist in der Verbindung keine niedrigschmelzende SnIn-Eutektikumsphase mehr vorhanden. Infolgedessen Bild: Indium In der TCT-Studie mit einem 6,4 mm x 6,4 mm großen WLP256 kam die Leiterplatte mit NSMD-OSP-Pad mit Durchmesser von 0,3mm zum Einsatz 58 EPP » 11 | 2023
Bild: Indium Daisy-Chain-Leiterplatte für WLP256 steigt die Schmelztemperatur der fertigen Verbindung auf 180°C oder sogar darüber. Bei einem Temperaturprofil von 200°C zeigten DFLT-Pasten ein vergleichbares oder besseres Drop-Shock-Verhalten als SAC305-Pasten, die mit dem üblicherweise verwendeten 240°C-Reflowprofil gelötet wurden [3] . Zusammen mit der vergleichbaren TCT-Leistung im Vergleich zu SAC305 wurde DFLT erfolgreich für das Stapeln von zwei vorbestückten Leiterplatten durch einen Interposer in einem Stufenlötprozess mit einem Spitzentemperaturprofil von 200°C eingesetzt [2,4] . Die Automobilindustrie, aufkommende Elektrofahrzeuge und Wafer-Level-Packages mit kleineren Pitch-Größen erfordern eine höhere Zuverlässigkeit der Lötverbindungen, d. h. eine längere Lebensdauer und/oder das Überleben unter aggressiveren Betriebsbedingungen als bei den herkömmlichen SAC305-Loten. Gegenwärtig enthalten die meisten hochzuverlässigen Lote mindestens vier Elemente anstelle von nur Sn, Ag und Cu, um die Lote durch eine oder eine Kombination von Lösungsaushärtung, Ausscheidungsaushärtung und Korn-/Mikrostrukturverfeinerung weiter zu verstärken. Indium (In) ist eines der Elemente, das in der Lage ist, die Sn- Matrix durch eine feste Lösung, eine Inreiche Phase und IMC-Partikel zu verstär- Bild: Indium Die Zusammenfassung der verwendeten Reflow-Profile
Twitter