Eutektisches Gold-Zinn-Lot

Eutektisches Gold-Zinn-Lot (AuSn20 bzw. 80 Gewichtsprozent Gold, 20 Gewichtsprozent Zinn) wird in zahlreichen Anwendungen eingesetzt, die eine äußerst zuverlässige hochschmelzende Lötverbindung benötigen. Dies umfasst Die Attach und sogar Lid Attach für hermetisch versiegelte Keramikgehäuse. Bei Verwendung als Die-Attach-Lotlegierung für LED- oder HF-GaN-Geräte ist die Voidbildung ein kritisches Problem. Für diese Anwendungen verwendete Formen müssen sehr hohe Ströme (aufgrund des geringen Formbereichs bei sehr hohen Stromdichten) durchleiten und gleichzeitig auf einer möglichst niedrigen Temperatur gehalten werden, um eine maximale Gerätelebensdauer und Effizienz zu gewährleisten. Dies ist nur dann machbar, wenn die Wärmeenergie an der Formoberfläche effizient entfernt werden kann (Minimierung der TJ), weswegen der Wärmeaustausch zwischen der Form und dem Leadframe (oder Substrat) maximiert werden muss. Dies kann durch drei Möglichkeiten erfolgen:

1. Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit (K) des Die-Attach-Materials
2. Reduzierung der Bondliniendicke (BLT) zwischen der Form und dem Leadframe
3. Void-Minimierung

Hierbei ist zu bedenken, dass häufig ein Zielkonflikt zwischen der zweiten und dritten Möglichkeit besteht, da die Reduzierung der BLT die Voidbildung erhöhen kann. Aus pragmatischen Gründen werden daher meistens mindestens 10 Mikrometer verwendet. Eine geringere BLT hat darüber hinaus den häufig vernachlässigten Zusatzeffekt, die Aufbringung der goldbedampften Lötoberflächen auf die Form und das Substrat zu erschweren, sodass die Legierung vom idealen Eutektikum abweicht. Die Einzelheiten des nachstehenden Gold-Zinn-Phasendiagramms veranschaulichen die Hauptauswirkungen auf den Liquidus (und möglicherweise sogar den Solidus) der Legierung bei Veränderung des Goldanteils. Bei steigendem Liquidus steigt ebenfalls die Neigung der Legierung, Voids „einzufrieren“. Die Voids sind dann nicht in der Lage, bei sinkendem Innendruck zu schrumpfen und ihre natürliche, kleinste Größe zu erreichen, wenn das Lot sich beim eutektischen Punkt verfestigt, sondern werden vielmehr mit einer größeren Größe innerhalb der sich verfestigenden Legierung eingeschlossen.

                     Phasendiagramm der AuS-Legierung

                                                                                  Gew-% Zinn

Die naheliegende Methode, das Gewichtsverhältnis von Zinn (Sn) zu Gold (Au) bei 1:4 zu bewahren, besteht entweder in der Minimierung der Goldmenge auf den Metallisierungen oder in der Anpassung des Zinnanteils des verwendeten Lots, sodass in der endgültigen Lötstelle ein Eutektikum erreicht wird.

Dies kann man sich beispielsweise als das Verhältnis des gesamten Golds in den Metallisierungen gegenüber der Dicke des Lots vorstellen. Falls das Lot ein Formteil mit einem Flächenverhältnis von 1:1 zu den verbindenden Oberflächen ist, dann ist dies die Dicke des Formteils (siehe unten). Dies ist das „Goldschichtverhältnis“.

                                               „Goldschichtverhältnis“

                                                          = (a + b) / Z

Mit diesem Ansatz kann das Goldschichtverhältnis verwendet werden, um die beste „nicht eutektische“ Gold-Zinn-Legierung zu bestimmen und die Voidbildung in eutektischen Gold-Zinn-Lötstellen auf ein Mindestmaß zu reduzieren, wobei die Legierungs- und Metalldichten als Orientierung zum Aufbau eines einfachen, nachstehend abgebildeten Modells der Lötstellenbildung verwendet werden.

                                       Nicht eutektische Gold-Zinn-Legierung

Bei einer 0,2 Mikrometer dicken Goldschicht auf Nickel/Wolfram als Form-Metallisierung, einer 0,4 mm dicken Goldschicht auf Nickel als Substrat-Metallisierung und einem 15 Mikrometer dicken Gold/Zinn-Formteil beträgt das Goldverhältnis 0,04. Dies lässt darauf schließen, dass ein mit nicht eutektischem Au79Sn21 gefertigtes Formteil die beste Wahl ist, um die Voidbildung zu minimieren.

Diese Legierungen sind in Schritten von normalerweise 1,0 % (AuSn21, AuSn22) als Formteile, Draht, Kugeln und Lotpaste erhältlich und angesichts ihres reduzierten Goldanteils natürlich geringfügig günstiger als die Standard-AuSn20-Legierungen.

Lassen Sie uns bitte wissen, wie wir Sie bei der Erfüllung Ihrer Lötanforderungen unterstützen können!

Danke!

Andy