Zinnschicht-Änderung durch Lagerung/ thermische Belastung

Bei chemisch Zinn Lötoberflächen spricht jeder von Diffusionsschichten.

Doch was sind Diffusionsschichten eigentlich?
Bei Diffusionsschichten handelt es sich um Intermetallische Phasen, welche sich in direkter Abhängigkeit von Zeit und Temperatur an der Phasengrenze zweier Metalle ausbilden. Diese Ausbildung geschieht im inneren des Schichtgefüges. Sie können unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen. Von außen sind sie nicht oder nur schwer erkennbar (außer wenn sie bis zur Oberfläche durchgedrungen sind). Das Wachs­tum dieser Intermetallischen Phasen ist aber auch abhängig von den Rahmenbedingungen beim Aufbringen der Ausgangs-schichten (hier der Zinnschicht).

Wie verhält es sich bei smarttin®-Schichten?
Durch eine umfangreiche Untersuchung galt es herauszufinden, wie das Wachstum der Diffusions­schicht bei smarttin®-Schichten ist. Hierbei wurde ermittelt, wie viel Reinzinn nach Echtzeitlagerung und/ oder thermischer Belastung noch vorhanden ist. Die Untersuchungen erfolgten ausschließlich durch messtechnische Verfahren.

Zum einen wurde die Röntgenfluoreszens-Methode (X-Ray-Methode) verwendet. Dabei wird der Gesamt­aufbau der Zinnschicht, also auch der Zinnanteil in der Diffusionsschicht, zerstörungsfrei gemes­sen. Diese Messungen erfolgten im Hause APL [1].

Zum anderen wurde die Coulometrische-Methode angewandt. Bei diesem Verfahren wird nur die reine Zinnschicht, also ohne den Zinnanteil in der Diffusionsschicht, zerstörend gemessen. Diese Messungen wurden durch das Forschungsinstitut Edelmetalle + Metallchemie (FEM) in Schwäbisch Gmünd durchge­führt [2].

Die Dicke der Diffusionsschicht lässt sich nun wie folgt errechnen:                 

Diffusionsschichtdicke = Gesamt-Zinndicke (X-Ray-Wert) - Reinzinndicke (Couloscope-Wert)

Die Untersuchung wurde an echtzeitgelagerten Rückstellproben von Prozess-Testboards, wie sie bei APL täglich produziert werden, durchgeführt. Als Ausgangsschichtstärke wurde nominal 0,8 µm mit einem cpk von ≥1,333 gewählt. Die Lagerzeiten betrugen 0, 1/2 und 1 Jahr. Parallel dazu wurden die Leiter­platten unterschiedlichen thermischen Belastungen von 0, 1 oder 2 Reflow-Prozessen unterzogen (Peak 245 °C, Zykluslänge 480 s).

Lesen Sie mehr: Eine Ausarbeitung zum Thema Diffusionsschicht ist im Downloadbereich erhältlich.

Autor: Herr Dirk Kaschel

 


[1]  entsprechend IPC-4554 (Verwendet wurde ein X-Ray-Gerät (Firma Fischer, Typ XULM) mit der Messapplikation chemisch Sn <3 µm Cu/Br.)

[2]   entsprechend DIN EN ISO 2177 (Zum Einsatz kam ein Couloscope (Firma Fischer, Typ CMS-Step) mit einem Messzellen­-Ø 2,2 mm; Elektrolyt 170 ml/l Salzsäure und Ablösestrom 0,2 mA.) 

 

 

 

 

 

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