Ermittlung des Kriechverhaltens von Loten bei hoher homologer Temperatur mittels Laserextensometrie

Summary

In modernen Elektroniken werden die Lötstellen bei homologen Temperaturen > 0,5 eingesetzt (homologe Temperatur = Betriebstemperatur [K]/Schmelztemperatur [K]). Die hierbei auftretenden Kriech- und Relaxationsbelastungen aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten der verwendeten Werkstoffe (Silizium, Kunststoff, Metall) führen langzeitig zur Schädigung der Lötstelle. Die Kenntnis des Kriechverhaltens dieser Lote ist deshalb zur Bestimmung der Zuverlässigkeit, auch unter Einsatz von Simulationsmethoden, von hoher Bedeutung. Da in Europa ab 2006/2007 toxisches Blei in Weichloten nicht mehr eingesetzt werden darf [1] und die Betriebstemperaturen besonders in der Automobilelektronik weiter bis auf ca. 180 °C in den nächsten Jahren steigen werden, muss auch das Kriechverhalten bleifreier Lote im Vergleich zu bleihaltigen Loten untersucht werden.

Mittels Laserextensometrie wird das Kriechverhalten von bleihaltigen und bleifreien Weichloten (Sn60Pb40, Sn96,5Ag3,5, SnZn9, Sn42Bi58) an Mini-Zugproben (Durchmesser 1 mm) bei homologen Temperaturen von 0,65 bis 0,95 und bei homologen Spannungen größer als 5 × 10⁻⁵ ermittelt (homologe Spannung = Lastspannung/Schubmodul). Die Ergebnisse erlauben das Kriechverhalten mittels eines viskoplastischen Ansatzes auf der Basis der Zeit-Temperatur- und Zeit-Spannungsverschiebung zu beschreiben. Weiterhin werden die Aktivierungsenergien und Spannungsexponenten aus dem sekundären Bereich der Kriechkurve bestimmt. Die ermittelten Werte gehen als Parameter in FEM-Simulationen ein.