Hybrid-Lötstellen - neue vielversprechende Lötstrategie

01.01.2022 - 31.12.2024
Forschungsförderungsprojekt

Der Einsatz von metallischen Nanopartikeln im Lötprozess steht derzeit im Fokus der Forschung für mögliche Anwendungen in der nächsten Generation miniaturisierter elektronischer Bauelemente. Die Vorteile, die die Zugabe von nanoskaligen metallischen Einschlüssen bringt, z.B. verbesserte mechanische Zuverlässigkeit in Abhängigkeit von Zeit und Temperatur, kommen dem gesteigerten Interesse an der Entwicklung verbesserter Lötverbindungen entgegen. Der Schwerpunkt der Forschung liegt auf der Entwicklung von bleifreien Nanokomposit-Lotpasten, die aus Lotpulver, Flussmittel und nanoskaligen metallischen Einschlüssen besteht. Das Verhalten von metallischen Nanopartikeln im Lot sowie deren Einfluss auf die Mikrostruktur und die Eigenschaften der hergestellten Lötstellen sind relativ gut bekannt. Es gibt jedoch nur wenig Information zum Problem, dass ein wesentlicher Teil dieser nanoskaligen Einschlüsse während des Aufschmelzprozesses zusammen mit dem Flussmittel von der Lötstelle entfernt wird. Dabei muss auch berücksichtigt werden, dass die hohe chemische Aktivität von metallischen Nanopartikeln sowie die bestehenden speziellen Richtlinien für deren sichere Handhabung und Entsorgung mögliche industrielle Anwendung von SAC-Nanopulvern oder Nanokomposit-Loten wesentlich erschweren.

Das vorgeschlagene Forschungsprojekt verfolgt zwei Hauptstrategien. Die erste Strategie besteht darin, die im Lötprozess häufig verwendeten metallischen Nanopartikeln durch Nanopartikeln mit einem Metallkern und einer Oxid-Hülle zu ersetzen. Diese äußere Hülle soll eine sofortige Oxidation des Metalls an der Luft verhindern. Die zweite Strategie besteht darin, Lötverbindungen herzustellen, indem eine bleifreie Sn-Ag-Cu Lotfolie gemeinsam mit einem Flussmittel verwendet wird, das mit unterschiedlichen Mengen von Nanopartikeln dotiert ist. Es wird erwartet, dass ein solches mit Metallnanopartikeln dotiertes Flussmittel zu einem erfolgreichen Legieren an der Grenzfläche zwischen Lot und Substrat führt. In der Literatur wurde gezeigt, dass die durch Zugabe von nanoskaligen Einschlüssen erzielten Effekte stark von der Art der verwendeten Nanopartikel abhängen. Es gibt starke Hinweise, dass das „Ausschwemmen“ nanoskaliger metallischer Einschlüssen aus dem flüssigen Lot während des Reflow-Prozesses eine entscheidende Rolle spielen könnte. Aus diesem Grund wird das Verhalten verschiedener metallischer Nanopartikeln mit Oxid-Hülle im Flussmittel untersucht. Schließlich soll die mechanische Zuverlässigkeit der Lotverbindungen, hergestellt aus Hybrid-Lot, dotiertem Flussmittel und Substrat, in Abhängigkeit von Zeit, Temperatur und hoher Stromdichte untersucht werden. Die erhaltenen experimentellen Ergebnisse werden mit Daten verglichen, die an Hand von der Finite-Elemente-Analyse (FEM) berechnet werden. Dieses Projekt wird wesentliche Informationen für ein tieferes Verständnis und mögliche weitere Simulationen von Prozessen in den mit Metall-Nanopartikeln dotierten Materialien während des Reflow-Prozesses liefern. Es soll auch der Zusammenhang zwischen den Eigenschaften der verwendeten nanostrukturierten Komponenten, dem Reflow-Prozess und der mechanische Zuverlässigkeit des Endprodukts analysiert werden.

Personen

Projektleiter_in

Institut

Förderungsmittel

  • Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) (National) Einzelprojekt Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) Fördergeber Typ Forschungsförderungsinstitutionen

Forschungsschwerpunkte

  • Computational Science and Engineering
  • Materials and Matter

Externe Partner_innen

  • Prof. Hans Flandorfer Universität Wien