einfluss von poren auf die zuverlässigkeit in csp ...fa 7.2 ip: volumeneffekte und technische...
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FA 7.2 IP: FA 7.2 IP: Volumeneffekte und technische Volumeneffekte und technische
ZuverlZuverläässigkeit bleifreier Lssigkeit bleifreier Löötstellentstellen
Einfluss von Poren auf die ZuverlEinfluss von Poren auf die Zuverläässigkeitssigkeitin in CSPCSP--LLöötverbindungentverbindungen
Thomas Ahrens, Fraunhofer ISIT, ItzehoeTel. 04821 17-4605, e-mail [email protected]
www.isit.fraunhofer.de www.life-leadfree.de
49. Treffen des S49. Treffen des Säächsischen chsischen Arbeitskreises ElektronikArbeitskreises Elektronik--Technologie Technologie
im Hauseim HauseQimonda Dresden GmbH & Co. OHG
FA 7.2 IP: FA 7.2 IP: Volumeneffekte und technische Volumeneffekte und technische
ZuverlZuverläässigkeit bleifreier Lssigkeit bleifreier Löötstellentstellen
PP--BGA mit bleifreien Kugeln, BGA mit bleifreien Kugeln, auf OSP gelauf OSP gelöötet mit Sntet mit Sn--AgAg--CuCu
200 µm
Problem: Werkstoffreaktionen, große Poren an µVias, große Poren ohne µVias
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ZuverlZuverläässigkeit bleifreier Lssigkeit bleifreier LöötstellentstellenToleranz fToleranz füür Poren r Poren
Quelle: IPC-A-610D (Feb.2005) Abnahmekriterien für elektronische Baugruppen
FA 7.2 IP: FA 7.2 IP: Volumeneffekte und technische Volumeneffekte und technische
ZuverlZuverläässigkeit bleifreier Lssigkeit bleifreier LöötstellentstellenKernthema Kernthema „„ZuverlZuverläässigkeit, ssigkeit,
Einfluss von PorenEinfluss von Poren““
Testboard mit und ohne Micro-Vias
Beschreibung der Geometrie aus Röntgen und Schliffbildern
Simulation der Beanspruchungsverteilungthermisch (Finite Differenzen, ISIT) thermomechanisch/analytisch (ISIT)thermomechanisch (Finite Elemente, AVT TU Dresden)
Beschleunigte Zuverlässigkeitsprüfung durch Temperaturzyklen -40°C/+125°C (ZVE)
Analyse des Versagens durch Schliffbilder und Fraktographie(ISIT)
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ZuverlZuverläässigkeit bleifreier Lssigkeit bleifreier Löötstellentstellen
Leiterplattenlayout, Leiterplattenlayout, BauelementeBauelemente
Druckschablone:1:1
Schablonendicke 125 µm
Ausgangslayout:
Bauelemente:BGA 256CSP (IPACK4)C/R0805Widerstandsarray Bauform 0805 mit 8 AnschlüssenTO220QFN
c: µVia centrisch e: µVia
excentrisch
BGA ohne µVia
CSP Pads freigestellt
ohne µVia
CSP Pads Solder MaskDefined ohne µVia
CSP Pads Solder MaskDefined mit µVia
FA 7.2 IP: FA 7.2 IP: Volumeneffekte und technische Volumeneffekte und technische
ZuverlZuverläässigkeit bleifreier Lssigkeit bleifreier LöötstellentstellenLotpastendruckLotpastendruck
EKRA E5, 55N Rakelkraft, 25 mm/sEKRA E5, 55N Rakelkraft, 25 mm/s
Druckschablone nach Druckvorgangmit Lotpastenresten
Microvia-Leiterplatte; hier: Solder Mask Defined Pads (SMD)
Schemabild: die SMD Pads nehmen mehr Lotpaste auf
NSMD-Pads SMD Pads
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ZuverlZuverläässigkeit bleifreier Lssigkeit bleifreier LöötstellentstellenProduktionsProduktions--TrainingsTrainings-- GerGeräätete
SMT Linie - drucken, platzieren, löten/Konvektion, AOI: DEK Horizon 02, JUKI KE 2060, rehm V8 nitro, Orbotech Vantage,automatische Handhabung von ASYS
Dampfphase: rehm condenso batch
Welle: ERSA N-Wave 330
Selektivlöten - Welle, Kolben & Induktion, Laser : ERSA ecoselect, ATN MFLA Vario, Wolf LLA 04
Batch Reinigung - 3 Ultraschallbecken + Spülung + Trocknung
Rework -PC-kontrolliert: Finetech, OKi/Metcal, PDR, ERSAHandlöten: JBC, OKi/Metcal, HAKKO
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ZuverlZuverläässigkeit bleifreier Lssigkeit bleifreier Löötstellentstellen
Grundriss Grundriss LEADFREE TrainingslinieLEADFREE Trainingslinieim Fraunhofer ISIT, Itzehoeim Fraunhofer ISIT, Itzehoe
ReworkPastendruck - Bestücken - Reflowlöten (SMT)
Welle (SMT&THT)
Dampfphase
Selektiv Licht
Selektiv Welle
Rework
Rework Rework
AOI
InspektionOffline-Programmierung
Schleuse
FA 7.2 IP: FA 7.2 IP: Volumeneffekte und technische Volumeneffekte und technische
ZuverlZuverläässigkeit bleifreier Lssigkeit bleifreier Löötstellentstellen
Leiterplattenfertigung im ZVE, Leiterplattenfertigung im ZVE, ReflowlReflowlöötprofiltprofil Nr. 1Nr. 1
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ZuverlZuverläässigkeit bleifreier Lssigkeit bleifreier Löötstellentstellen
ISIT: Einfluss des ISIT: Einfluss des Porenanteils auf das Porenanteils auf das thermische Verhaltenthermische Verhalten
Halbleiter-Direktmontage
0 2 4 6 8 100.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
Abstand vom Zentrum [mm]
Höh
e [m
m]
0
0.6
1.2
1.8
2.4
3.0
3.6
4.2
4.8
5.4
6.0
0 2 4 6 8 100.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
Abstand vom Zentrum [mm]
Höh
e [m
m]
0
1.600
3.200
4.800
6.400
8.000
9.600
11.20
12.80
14.40
16.00
0 2 4 6 80.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
2.2
2.4
Abstand vom Zentrum [mm]
Höh
e [m
m]
0
4.000
8.000
12.00
16.00
20.00
24.00
28.00
32.00
36.00
40.00
0 2 4 6 80.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
2.2
2.4
Abstand vom Zentrum [mm]
Höh
e [m
m]
0
4.000
8.000
12.00
16.00
20.00
24.00
28.00
32.00
36.00
40.00
TO220-Gehäuse (mit Cu Wärmesenke)
Porenfrei: ∆Tmax ≈ 6 K1 % Flächenanteil, ∆Tmax ≈ 16 K
Ohne Pore
Mit Pore
∆Tmax ≈ 34 K, Rth = 0.55 K/W
30% Flächenanteil∆Tmax ≈ 42 K, Rth = 0.68 K/W
FA 7.2 IP: FA 7.2 IP: Volumeneffekte und technische Volumeneffekte und technische
ZuverlZuverläässigkeit bleifreier Lssigkeit bleifreier Löötstellentstellen
zugehörend: Röntgenmikroskopische Aufnahmen „IIbga-10-quadrant“
TU Dresden:TU Dresden:Platine 2, Chip 10. Reihe 1Platine 2, Chip 10. Reihe 1SAC SAC -- AusgangszustandAusgangszustand
210-51 210-41 210-31 210-21
FA 7.2 IP: FA 7.2 IP: Volumeneffekte und technische Volumeneffekte und technische
ZuverlZuverläässigkeit bleifreier Lssigkeit bleifreier Löötstellentstellen
zugehörend: Röntgenmikroskopische Aufnahmen „microbga-9-quadrant“
TU Dresden:TU Dresden:Platine 1, Chip 9, Reihe 1Platine 1, Chip 9, Reihe 1SAC SAC -- AusgangszustandAusgangszustand
19-51 19-41 19-31 19-21
FA 7.2 IP: FA 7.2 IP: Volumeneffekte und technische Volumeneffekte und technische
ZuverlZuverläässigkeit bleifreier Lssigkeit bleifreier Löötstellentstellen
EZRT: Automatische EZRT: Automatische FehlerauswertungFehlerauswertung
LP5_Sn_BGA_B4 Profil 1LP5_Sn_BGA_B4 Profil 1--Senju_4, runde Senju_4, runde PadsPads, , µµViaVia
große Pore an Leiter-plattenseite
FA 7.2 IP: FA 7.2 IP: Volumeneffekte und technische Volumeneffekte und technische
ZuverlZuverläässigkeit bleifreier Lssigkeit bleifreier Löötstellentstellen
2 Balls mit Poren größer 25 %
Position A3: solder mask defined, µVia
EZRT:EZRT:2D2D--Fehlerauswertung der Poren Fehlerauswertung der Poren LP1_Sn_CSP_A3, Profil3+, Paste C6LP1_Sn_CSP_A3, Profil3+, Paste C6
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ZuverlZuverläässigkeit bleifreier Lssigkeit bleifreier Löötstellentstellen
Ball 3 Riss
Leiterplatte 3013 CSP A3Leiterplatte 3013 CSP A3
SAC 460 ZyklenSAC 460 Zyklen
FA 7.2 IP: FA 7.2 IP: Volumeneffekte und technische Volumeneffekte und technische
ZuverlZuverläässigkeit bleifreier Lssigkeit bleifreier Löötstellentstellen
TC1: -40 to 125°C temp cycle, 15 min. ramps and dwells, 1 cycle/h
TC2: -55 to 125°C, 12 min. ramps and 3 min. dwells, 2 cycles/h
TC3: 0 to 100°C, 10 min. ramps and 5 min. dwells, 2 cycles/h
Quelle: A. Syed, Amkor 2004
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ZuverlZuverläässigkeit bleifreier Lssigkeit bleifreier Löötstellentstellen
physikalisch begründet: Arrhenius-Ansatz, Spannungsexponentempirisch: sinus hyperbolicus (beschreibt power law break down)universell, „nur“ 4 Parameter erforderlich (A1, A2, n, Q)
mögliche Darstellungen:Kriechkurve (Dehnung gegen Zeit)Festigkeit gegen VerformungsgeschwindigkeitZeitstandfestigkeit (Spannung gegen Zeit bis zum Versagen)Temperatureinfluss
Beschreibung des Beschreibung des KriechverhaltensKriechverhaltens
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −⋅⋅⋅=
RTQAA n exp)2sinh(1 σε&
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ZuverlZuverläässigkeit bleifreier Lssigkeit bleifreier Löötstellentstellen
Literaturdaten zu den Literaturdaten zu den Kriecheigenschaften Kriecheigenschaften
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ZuverlZuverläässigkeit bleifreier Lssigkeit bleifreier Löötstellentstellen
Analytischer Ansatz zur Analytischer Ansatz zur BeschreibungBeschreibung
der Kriechverformung in einer der Kriechverformung in einer LLöötverbindungtverbindung
FA 7.2 IP: FA 7.2 IP: Volumeneffekte und technische Volumeneffekte und technische
ZuverlZuverläässigkeit bleifreier Lssigkeit bleifreier LöötstellentstellenHysteresekurveHysteresekurveam am CSPCSP--BallBall
0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
stre
ss [M
Pa]
strain [-]
SnPb SnAgCu
Abschätzung der Kriechverformung CSP auf LP, einfaches Modell
SnPb: ∆ε = 4.1% N = 147 … 586
SnAgCu: ∆ε = 3.1% N = 258 … 1032
Berechnung mit 1/3 der Ball-Höhe
21...5.0⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
∆=
εN
FA 7.2 IP: FA 7.2 IP: Volumeneffekte und technische Volumeneffekte und technische
ZuverlZuverläässigkeit bleifreier Lssigkeit bleifreier Löötstellentstellen
Ergebnisse: Ergebnisse: SchSchäädigung an digung an CSPCSP--LLöötstellentstellen, , Vergleich mit Vergleich mit „„CSP CSP underfillunderfill““
Ausfälle ab ca. 60 Zyklen, Pad-Abrisse LP-seitig
Ausfälle nach 500 Zyklen, einzelne Durchrisse (Lot)
SnAgCu
Ausfälle ab ca. 400 Zyklen, Risse im Lot
Ausfälle nach 500 Zyklen, vermehrt Durchrisse (Lot)
SnPb
T-Schock–40°C 30min / +125°C 30min
T-Wechsel (40 min Rampe) –40°C 30min / +125°C 10min
Belastung
FR4, TG ca. 130°C CSP (ohne underfill)
FR4, hoch-TGCSP (ohne underfill)
Träger, Bauteil
AiF Projekt „CSP underfill“
AiF Projekt „Volumeneffekte“
FA 7.2 IP: FA 7.2 IP: Volumeneffekte und technische Volumeneffekte und technische
ZuverlZuverläässigkeit bleifreier Lssigkeit bleifreier LöötstellentstellenSchocktestauslagerungSchocktestauslagerung
WLWL--CSP CSP PbhaltigPbhaltig
UF3 nach 1000x T-Schock UF3 nach 1500x T-Schockbeginnende Rissbildung durchgehende Rissbildung
FA 7.2 IP: FA 7.2 IP: Volumeneffekte und technische Volumeneffekte und technische
ZuverlZuverläässigkeit bleifreier Lssigkeit bleifreier LöötstellentstellenSchocktestauslagerungSchocktestauslagerung
WLWL--CSP CSP PbfreiPbfrei
UF2 nach 1000x T-Schock
Delamination im Laminat, Rissbildung im Lot
FA 7.2 IP: FA 7.2 IP: Volumeneffekte und technische Volumeneffekte und technische
ZuverlZuverläässigkeit bleifreier Lssigkeit bleifreier LöötstellentstellenART TemperaturzyklenART Temperaturzyklen
Langsame Temperaturzyklen* zur besseren Übertragbarkeit auf Betriebszyklen; Vergleichbarkeit mit vorangegangenen AiF-IP-Projektengegeben
*EMPA EUREKA LEADFREE
FA 7.2 IP: FA 7.2 IP: Volumeneffekte und technische Volumeneffekte und technische
ZuverlZuverläässigkeit bleifreier Lssigkeit bleifreier Löötstellentstellen
„„ScherbelastungScherbelastung““ ==ÜÜberlagerung von Schub und berlagerung von Schub und
BiegungBiegung
Näherungen:Verschiebungsverteilung bleibt erhalten.Spannung (Kriechen) ist Funktion der Dehnrate und Temperatur
Randbedingung für FEM-Simulation:Ideale Scherung, d. h. keine Biegung der Leiterplatte
FA 7.2 IP: FA 7.2 IP: Volumeneffekte und technische Volumeneffekte und technische
ZuverlZuverläässigkeit bleifreier Lssigkeit bleifreier Löötstellentstellen
FEM FEM –– FiniteFinite--ElementeElemente--ModelleModellecharakteristischer Porengeometriencharakteristischer Porengeometrien(TUD Dr. H(TUD Dr. Hööfer)fer)
Ergebnisse: Die maximale Kriechdehnung liegt immer außen am Pad-Rand (oben, ggf. unten).
Poren sind nicht Orte der Rissentstehung.
Mit zunehmendem Porenvolumen nehmen Kriechdehnung# und Tragfähigkeit linear ab.
– geringere lokale Belastung und – erhöhte Nachgiebigkeit des Balls
# … lokaler, minimaler Kriechdehnungszuwachs im Kriechband
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ZuverlZuverläässigkeit bleifreier Lssigkeit bleifreier Löötstellentstellen
Im Gefüge zeigen rekristallisierteZonen die Bereiche hoher Verformung an. SnPb, LIMI, Polarisationskontrast
FEM Ergebnis der Kriechdehnungen (TUD Dr. Höfer)
Experimentelle Ergebnisse Experimentelle Ergebnisse und FEMund FEM
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ZuverlZuverläässigkeit bleifreier Lssigkeit bleifreier Löötstellentstellen
Kriechdehnungen fKriechdehnungen füür y = 0: r y = 0: ohne Poreohne Pore
Modellrechnung
FA 7.2 IP: FA 7.2 IP: Volumeneffekte und technische Volumeneffekte und technische
ZuverlZuverläässigkeit bleifreier Lssigkeit bleifreier Löötstellentstellen
Kriechdehnungen fKriechdehnungen füür y = 0: r y = 0: Pore obenPore oben
Modellrechnung, Fall c
0,000,010,020,030,040,050,060,070,08
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Porenanteil [%]
Krie
chde
hnun
g
a
b
c
d
e, f
FA 7.2 IP: FA 7.2 IP: Volumeneffekte und technische Volumeneffekte und technische
ZuverlZuverläässigkeit bleifreier Lssigkeit bleifreier Löötstellentstellen
Diese Verringerung der Diese Verringerung der Kriechdehnung erscheint Kriechdehnung erscheint
vorteilhaftvorteilhaft……
Modellrechnung
FA 7.2 IP: FA 7.2 IP: Volumeneffekte und technische Volumeneffekte und technische
ZuverlZuverläässigkeit bleifreier Lssigkeit bleifreier Löötstellentstellen
Ball 4 Ball 5
Leiterplatte 1009 CSP A2Leiterplatte 1009 CSP A2
SnPbSnPb 500 Zyklen500 Zyklen
Riss RissDeformationszone
BallBall--DurchmesserDurchmesser
PorendurchmesserPorendurchmesser tragender Durchmessertragender Durchmesser
FA 7.2 IP: FA 7.2 IP: Volumeneffekte und technische Volumeneffekte und technische
ZuverlZuverläässigkeit bleifreier Lssigkeit bleifreier Löötstellentstellen
Ball 7 Ball 8Riss Riss
Deformationszone
Leiterplatte 3013 CSP A2Leiterplatte 3013 CSP A2
SAC 460 ZyklenSAC 460 Zyklen
FA 7.2 IP: FA 7.2 IP: Volumeneffekte und technische Volumeneffekte und technische
ZuverlZuverläässigkeit bleifreier Lssigkeit bleifreier Löötstellentstellen
Belastung: T-Wechsel (40 min Rampe) –40°C 30 min / +125°C 10 min
SnAgCu, mit µVias, 500 Zyklen, Riss unten
ErmErmüüdungsschdungsschäädigung digung im im CSPCSP--BallBall
SnAgCu, ohne µVias, 500 Zyklen, Riss oben
FA 7.2 IP: FA 7.2 IP: Volumeneffekte und technische Volumeneffekte und technische
ZuverlZuverläässigkeit bleifreier Lssigkeit bleifreier Löötstellentstellen
RisslRissläängen und Porengrngen und Porengrößößen en aus Schliffbildern aus Schliffbildern
705 A2 (oben)
0
50
100
150
200
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Ball
Läng
e [µ
m]
0
20
40
60
80
100
Ant
eil k
aput
t [%
]
PorendurchmesserRisslänge% kaputt
705 A3 (oben)
0
50
100
150
200
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Ball
Läng
e [µ
m]
0
20
40
60
80
100
Ante
il ka
putt
[%]
PorendurchmesserRisslänge% kaputt
705 A2 (unten)
0
50
100
150
200
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Ball
Läng
e [µ
m]
0
20
40
60
80
100
Ant
eil k
aput
t [%
]
PorendurchmesserRisslänge% kaputt
Ohne µVias (einzelne Poren oben)
705 A3 (unten)
0
50
100
150
200
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Ball
Läng
e [µ
m]
0
20
40
60
80
100
Ante
il ka
putt
[%]
PorendurchmesserRisslänge% kaputt
Mit µVias (regelmäßige Poren unten)
FA 7.2 IP: FA 7.2 IP: Volumeneffekte und technische Volumeneffekte und technische
ZuverlZuverläässigkeit bleifreier Lssigkeit bleifreier Löötstellentstellen
Risseinleitung in AbhRisseinleitung in Abhäängigkeit ngigkeit von der Ballvon der Ball--Position Position
705 A2 Reihe 2Risslängen in diagonalen Ecken addiert
020406080
100120140160180200
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Ball Nr.
Ris
slän
ge [µ
m]
OL+UR
OR+UL
705 A2 Reihe 1Risslängen in diagonalen Ecken addiert
020406080
100120140160180200
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Ball Nr.
Ris
slän
ge [µ
m]
OL+UR
OR+UL
705 A3 Reihe 1Risslängen in diagonalen Ecken addiert
020406080
100120140160180200
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Ball Nr.
Ris
slän
ge [µ
m]
OL+UR
OR+UL
705 A3 Reihe 2Risslängen in diagonalen Ecken addiert
020406080
100120140160180200
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Ball Nr.R
issl
änge
[µm
]
OL+UR
OR+UL
FA 7.2 IP: FA 7.2 IP: Volumeneffekte und technische Volumeneffekte und technische
ZuverlZuverläässigkeit bleifreier Lssigkeit bleifreier Löötstellentstellen
Mittelwerte der GesamtrisslMittelwerte der Gesamtrissläängenngennach 250 Zyklen nach 250 Zyklen -- SACSAC
1 2 3 4 5
A2 oben
A2 unten
A3 obenA3 unten
0
50
100
150
200R
issl
änge
[µm
]
Ball-Reihe Nr.
Rissposition
4 SAC 250 Zyklen NiAu 4 - Mittelwerte der Gesamtrisslängen
A2 obenA2 untenA3 obenA3 unten
1 2 3 4 5
A2 oben
A2 unten
A3 obenA3 unten
0
50
100
150
200
Ris
slän
ge [µ
m]
Ball-Reihe Nr.
Rissposition
8 bleifrei NiAu 6 - Mittelwerte der Gesamtrisslängen 250 Zyklen
A2 obenA2 untenA3 obenA3 unten
1 2 3 4 5
A2 oben
A2 unten
A3 oben
A3 unten
0
50
100
150
200
Ris
slän
ge [µ
m]
Ball-Reihe Nr.
Rissposition
21 bleifrei chem. Sn 6 - Mittelwerte der Gesamtrisslängen
A2 obenA2 untenA3 obenA3 unten
1 2 3 4 5
A2 oben
A2 unten
A3 obenA3 unten
0
50
100
150
200
Ris
slän
ge [µ
m]
Ball-Reihe Nr.
Rissposition
29 SAC Typ5 250 chem. Sn 10 - Mittelwerte der Gesamtrisslängen
A2 obenA2 untenA3 obenA3 unten
FA 7.2 IP: FA 7.2 IP: Volumeneffekte und technische Volumeneffekte und technische
ZuverlZuverläässigkeit bleifreier Lssigkeit bleifreier Löötstellentstellen
GrGrößößter Riss (Gesamtlter Riss (Gesamtläänge) nge) nach 250 Zyklen nach 250 Zyklen -- SACSAC
1 2 3 4 5A2 oben
A2 untenA3 oben
A3 unten
020406080
100120140160180200
Ris
slän
ge [µ
m]
Ball-Reihe Nr.
Bauteil / Rissposition
4 SAC 250 Zyklen NiAu 4 - größte Gesamtrisslänge
A2 obenA2 untenA3 obenA3 unten
1 2 3 4 5
A2 obenA2 unten
A3 obenA3 unten
0
50
100
150
200
Ris
slän
ge [µ
m]
Ball-Reihe Nr.
Bauteil / Rissposition
8 SAC 250 Zyklen NiAu 6 - größte Gesamtrisslänge
A2 obenA2 untenA3 obenA3 unten
1 2 3 4 5
A2 obenA2 unten
A3 obenA3 unten
0
50
100
150
200
Ris
slän
ge [µ
m]
Ball-Reihe Nr.
Bauteil / Rissposition
21 SAC 250 Zyklen chem. Sn 6 - größte Gesamtrisslänge
A2 obenA2 untenA3 obenA3 unten
1 2 3 4 5
A2 obenA2 unten
A3 obenA3 unten
0
50
100
150
200
Ris
slän
ge [µ
m]
Ball-Reihe Nr.
Bauteil / Rissposition
29 SAC Typ5 250 chem. Sn 10 - größte Gesamtrisslänge
A2 obenA2 untenA3 obenA3 unten
15%-Pore
FA 7.2 IP: FA 7.2 IP: Volumeneffekte und technische Volumeneffekte und technische
ZuverlZuverläässigkeit bleifreier Lssigkeit bleifreier Löötstellentstellen
GrGrößößter ter „„Anteil kaputtAnteil kaputt““nach 250 Zyklen nach 250 Zyklen -- SACSAC
1 2 3 4 5A2 oben
A2 untenA3 oben
A3 unten0
20
40
60
80
100
Ant
eil k
aput
t [%
]
Ball-Reihe Nr.Bauteil /
Rissposition
8 SAC 250 Zyklen NiAu 6 - größter Anteil kaputt
A2 obenA2 untenA3 obenA3 unten
1 2 3 4 5A2 oben
A2 untenA3 oben
A3 unten0
20
40
60
80
100
Ant
eil k
aput
t [%
]
Ball-Reihe Nr.Bauteil /
Rissposition
4 SAC 250 Zyklen NiAu 4 - größter Anteil kaputt
A2 obenA2 untenA3 obenA3 unten
1 2 3 4 5A2 oben
A2 untenA3 oben
A3 unten0
20
40
60
80
100
Ant
eil k
aput
t [%
]
Ball-Reihe Nr.Bauteil /
Rissposition
21 bleifrei chem. Sn 6 - größter Anteil kaputt
A2 obenA2 untenA3 obenA3 unten
1 2 3 4 5A2 oben
A2 untenA3 oben
A3 unten0
20
40
60
80
100
Ant
eil k
aput
t [%
]Ball-Reihe Nr.
Bauteil / Rissposition
29 SAC Typ5 250 chem. Sn 10 - größter Anteil kaputt
A2 obenA2 untenA3 obenA3 unten
15%-Pore
FA 7.2 IP: FA 7.2 IP: Volumeneffekte und technische Volumeneffekte und technische
ZuverlZuverläässigkeit bleifreier Lssigkeit bleifreier LöötstellentstellenMittelwerte der GesamtrisslMittelwerte der Gesamtrissläängenngennach 460 Zyklen nach 460 Zyklen -- SACSAC
1 2 3 4 5
A2 obenA2 unten
A3 obenA3 unten
0
50
100
150
200
Ris
slän
ge [µ
m]
Ball-Reihe Nr.
Rissposition
705 SAC 500 Zyklen NiAu 4/3+8 - Mittelwerte der Gesamtrisslängen
A2 obenA2 untenA3 obenA3 unten
1 2 3 45
A2 oben
A2 unten
A3 obenA3 unten
0
50
100
150
200
Ris
slän
ge [µ
m]
Ball-Reihe Nr.
Rissposition
3007 bleifrei chem. Sn 4 / 1- Mittelwerte der Gesamtrisslängen
A2 obenA2 untenA3 obenA3 unten
1 2 3 4 5
A2 oben
A2 untenA3 oben
A3 unten
0
50
100
150
200
Ris
slän
ge [µ
m]
Ball-Reihe Nr.
Rissposition
3013 bleifrei NiAu 4/1 - Mittelwerte der Gesamtrisslängen
A2 obenA2 untenA3 obenA3 unten
FA 7.2 IP: FA 7.2 IP: Volumeneffekte und technische Volumeneffekte und technische
ZuverlZuverläässigkeit bleifreier Lssigkeit bleifreier LöötstellentstellenGrGrößößter Riss (Gesamtlter Riss (Gesamtläänge) nge) nach 460 Zyklen nach 460 Zyklen -- SACSAC
12
34
5
A2 oben
A2 unten
A3 obenA3 unten
0
50
100
150
200
Riss
läng
e [µ
m]
Ballreihe Nr.
Bauteil / Rissposition
705 bleifrei NiAu 4/3+8 - größte Gesamtrisslänge
A2 obenA2 untenA3 obenA3 unten
1 2 3 4 5
A2 obenA2 unten
A3 obenA3 unten
0
50
100
150
200
Ris
slän
ge [µ
m]
Ball-Reihe Nr.
Bauteil / Rissposition
3007 bleifrei chem. Sn 4 / 1 - größte Gesamtrisslänge
A2 obenA2 untenA3 obenA3 unten
1 2 3 4 5A2 oben
A2 untenA3 oben
A3 unten
0
50
100
150
200
Ris
slän
ge [µ
m]
Ball-Reihe Nr.
Bauteil / Rissposition
3013 bleifrei NiAu 4/1 - größte Gesamtrisslänge
A2 obenA2 untenA3 obenA3 unten
FA 7.2 IP: FA 7.2 IP: Volumeneffekte und technische Volumeneffekte und technische
ZuverlZuverläässigkeit bleifreier Lssigkeit bleifreier LöötstellentstellenGrGrößößter ter „„Anteil kaputtAnteil kaputt““nach 460 Zyklen nach 460 Zyklen -- SACSAC
12
34
5
A2 oben
A2 unten
A3 obenA3 unten
0
20
40
60
80
100
Ante
il ka
putt
[%]
Ballreihe Nr.
Bauteil / Rissposition
705 bleifrei NiAu 4/3+8 - größter Anteil kaputt
A2 obenA2 untenA3 obenA3 unten
1 2 3 4 5A2 oben
A3 oben0
20
40
60
80
100
Ant
eil k
aput
t [%
]
Ball-Reihe Nr.Bauteil /
Rissposition
3007 bleifrei chem. Sn 4 / 1 - größter Anteil kaputt
A2 obenA2 untenA3 obenA3 unten
1 2 3 4 5A2 oben
A2 untenA3 oben
A3 unten
0102030405060708090
100
Ant
eil k
aput
t [%
]
Ball-Reihe Nr.
Bauteil / Rissposition
3013 bleifrei NiAu 4/1 - größter Anteil kaputt
A2 obenA2 untenA3 obenA3 unten
FA 7.2 IP: FA 7.2 IP: Volumeneffekte und technische Volumeneffekte und technische
ZuverlZuverläässigkeit bleifreier Lssigkeit bleifreier Löötstellentstellen
Zusammenfassung:Zusammenfassung:Einfluss von Poren Einfluss von Poren auf Produktqualitauf Produktqualitäät und t und ––zuverlzuverläässigkeitssigkeit
Idealisiertes Modell (analytischer „1 Volumen-Element“ – Ansatz) anwendbar für Zweipoler, Bauelemente mit Anschlussbeinchen modifiziert anwendbar für flächige Lötverbindungen und für area-array Lötverbindungen (CSP, BGA)Werkzeug zur Abschätzung des globalen Verlaufs von Spannung und Dehnung
FEM-SimulationBerechnete Dehnungsverteilung entspricht den Gefüge-ÄnderungenErgebnisse zeigen eine Dehnungskonzentration auf der Porenseite
ErgebnisseEinzelne Poren (CSP) können schon bei 15% Anteil schädlich sein. Regelmäßige Poren (CSP) setzen die Lebensdauer herab. Pb-freies Lot belastet die Umgebung der Lötverbindung stärker: Vorsicht bei raschen Temperaturwechseln.