Materialanalyse von Solder-Bumps in der IC-Packaging-Industrie

Die steigenden Beschränkungen für den Einsatz von Blei in Elektronik-Produkten zwingen zur Suche nach geeignetem Ersatz. Für Kontaktierungen in modernen IC-Gehäusen werden die ehemals allgegenwärtigen, qualitativ hochwertigen aber leider schädlichen SnPb-Lote (solder bumps) heute durch bleifreie Technologien wie SnAgCu-Legierungen ersetzt. Um eine gute Lötbarkeit und geeignete mechanische Eigenschaften sicherzustellen, benötigen die neuen Legierungen eine exakt dosierte Zusammensetzung, weshalb diese präzise gemessen werden muss. 

Die Ag- und Cu-Anteile üben einen bedeutenden Einfluss auf die Lötbarkeit und die mechanischen Eigenschaften von Sn-basierten Loten aus. Zum Beispiel verhalten sich Lotkugeln (engl. solder bumps) mit einem Ag-Gehalt über 3% stabiler gegenüber thermischer Ermüdung und sind widerstandsfähiger gegen Scherkräfte, während Legierungen mit niedrigerem Ag-Gehalt (ca. 1%) eine sehr gute Plastizität zeigen – und damit bessere Dauerfestigkeit unter Zugbeanspruchung. Zudem senken schon 0,5% Cu im Lot die Lösung von Kupfer aus dem Grundmaterial, was eine Verbesserung der Lötfähigkeit zur Folge hat.

Um die schwierige Kombination aus rechtlichen Bestim­mungen (Bleifreiheit) und technischen Ansprüchen bei der Produktion von IC-Bauelementen zu erfüllen, ist die Zusammensetzung von Solder-Bumps akkurat und präzise zu bestimmen.

Die kleine Größe der Lotkugeln (typischerweise 80 µm Durchmesser) verhindert den Einsatz der meisten Analysemethoden. Andere, wie die Atomabsorption (AA) sind zerstörend und damit nicht geeignet, jeden einzelnen Lotpunkt zu testen. Die Röntgenfluoreszenz-Methode (RFA) hat sich als ideales Verfahren zur Überwachung der Konzentration aller drei Elemente erwiesen. Tabelle 1 zeigt typische Messergebnisse für ein SnAgCu-Lot.

Element

Sn

Ag

Cu

Mittelwert [%]

98,55

0,99

0,46

Standardabweichung [%]

0,04

0,03

0,01

Tab. 1: Typische Werte einer Messung mit dem FISCHERSCOPE® X-RAY XDV®-μ, 10 à 30 s

Das FISCHERSCOPE® X-RAY XDV®-μ, ausgerüstet mit einem Silizium-Drift-Detektor (SDD), kann dank seiner Polykapillar-Optik den Röntgenstrahl auf 20 µm Messfleck-Größe fokussieren bei gleichzeitig hoher Zählrate und damit eine herausragende Wiederholpräzision und Richtigkeit sicherstellen.

Wenn man die Zusammensetzung von Solder-Bumps akkurat bestimmen möchte – nicht nur um die Bleifreiheit zu bestätigen – ist das FISCHERSCOPE® X-RAY XDV-µ®, mit seinem extrem keinen Messfleck das ideale Gerät. Für weitere Informationen kontaktieren Sie bitte Ihren lokalen Fischer–Ansprechpartner.

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