FEM-Simulation zum Einfluss der Poren auf die Zuverlassigkeit der Lotverbindung

摘要

Unterschiedliche Warmeausdehnungskoeffizienten von Chip und Leiterplatte bewirken in den Lotkontakten Kriechdehnungen und Risse, die mit jedem Temperaturzyklus zunehmen. Das Ziel dieser Untersuchung besteht darin, den Einfluss zu bewerten, den die herstellungsbedingt in den Lotkontakten vorhandenen Poren auf die Zuverlassigkeit der Lotverbindung haben. Die Bewertung erfolgt auf der Grundlage der minimalen Kriechbanddehnung mit Hilfe der Methode der finiten Elemente. Die Untersuchung konzentriert sich auf 6 charakteristische Porensituationen und stellt einen bleihaltigen und einen bleifreien Lotwerkstoff gegenuber, Pb37Sn63 und Sn95,5Ag3,8Cu0,7. Um unterschiedliche Vernetzungsfehler zu vermeiden, werden die Poren nicht uber die Vernetzung, sondern uber einen inhomogenen Elastizitatsmodul erfasst. Ergebnisse sind: 1. Der Kriechbandverlauf hangt hauptsachlich von der Porensituation ab. Der Lotwerkstoff hat dagegen keinen nennenswerten Einfluss. 2. Erste Rissbildungen erfolgen jeweils an den Aussenkanten des Lotkontaktes, nicht an den Poren. 3. Die Erhohung des Porenanteils wirkt sich im Trend positiv auf die Zuverlassigkeit aus. Dies gilt sowohl fur den bleihaltigen als auch fur den bleifreien Lotwerkstoff. 4. Nicht jede Porensituation erhoht die Zuverlassigkeit der Lotverbindung. 5. Bei Lotwerkstoffen mit einem hoheren Elastizitatsmodul (Sn95,5Ag3,8Cu0,7) steigt die Gefahr, dass sich die Lebensdauer des Lotkontaktes verringert. Eine endgultige Beurteilung ist aber erst dann moglich, wenn geeignete Lebensdauerkennwerte zur Verfugung stehen.