Verstärkte Lotformteile für hohe Zuverlässigkeit und Void-Reduzierung | quantifizierbare Bondlinien-Einheitlichkeit

Dies ist der dritte Beitrag einer Reihe von Blog-Beiträgen zum Thema verstärkte Lotformteile für hohe Zuverlässigkeit und Void-Reduzierung. Dieser Beitrag spricht darüber, wie InFORMS® sich auf die Bondlinien-Einheitlichkeit auswirken und warum diese wichtige Variable beachtet werden sollte.

Der in das Lot eingebettete Abstandhalter begrenzt den Zusammenfall des geschmolzenen Lots. Falls das Gewicht der Komponente größer als die Oberflächenspannung des schmelzenden Lots ist, versinkt das Bauteil im Lot. Bei Verfestigung des Lots ist es dann unwahrscheinlich, dass das Bauteil weiterhin planeben ist, sofern kein Abstandhalter vorhanden ist, auf dem die Komponente ruhen kann.

Bei einer von James Booth und seinen Kollegen bei Dynex Semiconductor Ltd. UK sowie unserem Kollegen Karthik Vijay durchgeführten Studie wurde ein verstärktes Lotformteil zur IGBT-Fertigung verwendet, um das DBC mit der Grundplatte zu verbinden. Dabei wurde ein 95Sn/5Sb-Lotformteil mit einer Abstandhalterdicke von 200 Mikrometern verwendet. Der Fertigungsprozess bestand wie bei den meisten IGBTs in einem flussmittelfreien Vakuum-Reflow-Verfahren. Nach der Reflow-Phase wurden die Gesamtplanarität des Geräts sowie die Temperaturwechselfestigkeit geprüft.

Die nachstehenden Abbildungen zeigen Laserprofilometermessungen eines mit einem verstärkten Lotformteil gefertigten IGBT neben einem IGBT, bei dem lediglich ein Standard-Lotformteil verwendet wurde (ohne Abstandhalter). Bei Verwendung des Lotformteils mit eingebettetem Abstandhalter war die Gesamtkoplanarität besser, wobei die mittlere Abweichung der InFORM 52,5 Mikrometer gegenüber den 67,5 Mikrometern des Standard-Formteils betrug. Die maximale Auslenkung des verstärkten Lotformteils betrug 60 Mikrometer, während das Standard-Formteil eine maximale Auslenkung von 90 Mikrometer aufwies. Der mit dem verstärkten Lotformteil gefertigte IGBT führte zu einer besseren Koplanarität gegenüber dem mit dem Standard-Formteil gefertigten IGBT. Das verstärkte Lotformteil erzeugte Lötstellen mit einer wesentlich einheitlicheren Bondliniendicke.

Zusätzlich wurde eine Temperaturwechselprüfung von -50 °C bis 150 °C mit Verweilzeiten von einer Stunde durchgeführt. Die C-SAM-Bilder unten vergleichen ein Standard-Lotformteil nach 600 Zyklen mit einem verstärkten Lotformteil nach 800 Zyklen. Das Standardlot weist eine Delamination auf, als deren Ursache eine ungleichmäßige Bondliniendicke angenommen wird. Selbst nach 200 weiteren Zyklen weist die verstärkte Lötverbindung keine Delamination auf. Dies belegt hinreichend, dass die Bondlinien-Einheitlichkeit sich positiv auf die Gesamtzuverlässigkeit von Lötstellen auswirkt.

Mein nächster Beitrag wird sich mit der Versuchsplanung zur Bestimmung der Voiding-Merkmale von InFORM® befassen.

Bis zum nächsten Mal,