Voids in flächigen Lötverbindungen – Teil 1

Einen hohen Stellenwert als eingesetzte Verbindungstechnik in der Elektronikbranche hat das Weichlöten. Doch gerade den steigenden Betriebstemperaturen und Ansprüchen bezüglich der Zuverlässigkeit können diese herkömmlichen Lötverbindungen nicht standhalten, was mit der homologen Temperatur und dem damit verbundenen kriechen des Lotes zusammenhängt. Ab einer homologen Temperatur von 0,4 laufen Vorgänge und Prozesse im Gefüge thermisch aktiviert ab. Dieser Prozess wird als Kriechen bezeichnet. Außerdem werden die Zuverlässigkeit sowie die Eigenschaften der Lötverbindung zusätzlich durch verschiedene Lötfehler, wie beispielsweise Gaseinschlüsse in der Verbindung, bedingt. Durch diese sogenannten Poren in der Verbindung wird die Querschnittsfläche und somit auch die Wärmeleitung und die elektrische Leitfähigkeit verringert. Auch die Höhe des Lotspalts und damit die Länge des Wärmepfads zählen zu den Eigenschaften, auf die durch Poren in der Lötverbindung Einfluss genommen wird.

Ähnliche Verfahren und Untersuchungen haben gezeigt, dass der Lötprozess mit Über- oder Unterdruck durchaus einen positiven Einfluss auf das Ergebnis der Lötverbindung haben kann. Diese bekannten Verfahren werden jedoch durch Nachteile geprägt, die einen konventionellen Einsatz in der Elektroindustrie noch schwierig gestalten. Beispielsweise ist die Erzeugung eines Vakuums mit einem hohen Kosten- sowie zusätzlichem Zeitaufwand verbunden.

Auf einen Lötfehler, der gerade für den Bereich der Leistungselektronik eine große Bedeutung hat, soll an dieser Stelle genauer eingegangen werden. Es handelt sich um Poren, die auch als Voids bezeichnet werden, die sich innerhalb der Lötverbindung befinden. Sie entstehen durch Ausgasungen der flüchtigen Bestandteile im Lot bzw. durch Fluss- und Lösungsmittelausgasungen vorzugsweise im Zuge der thermischen Erstarrung bei der Abkühlung. Diese Annahme wird durch Untersuchungen gestützt, bei denen das Lot vor dem Lötprozess getrocknet wurde, wodurch der Porenanteil signifikant reduziert werden konnte. Allerdings haben auch viele andere Prozessparameter einen Einfluss auf die Entstehung von Voids. Für eine bessere Vorstellung zeigt Abbildung 1 exemplarisch Poren in einer flächigen Lötverbindung, hier durch den Kontrast in der Lötverbindung sichtbar (hellere Stellen). Die gezeigte Lötverbindung wurde in einem Reflow-Lötprozess unter allgemein anerkannten Bedingungen hergestellt.

^{Abb. 1: 2D-Röntgenaufnahme einer flächigen Lötverbindung mit Gaseinschlüssen (Poren)}