Projekt BIG - Bereitstellung von Innovationen für große Waferformate; Teilprojekt der TAMURA ELSOLD GmbH: Entwicklung niedrigschmelzender und thermisch zuverlässiger Lotpasten für die flexible und leistungsfähige Fertigung

Abstract

Es wurden aufbauend auf thermo-chemischen Überlegungen und Untersuchungen erfolgreich bleifreie Lotpas-ten für den Einsatz in Schindelmodulen und für den Einsatz in verbinderbasierten Modulen entwickelt. Die not-wendige Löttemperatur konnte auf << 200 °C, in der (Mini-)Modulfertigung wurden 180 °C genutzt, reduziert werden und so auch die der thermischen Belastung (induzierte Spannungen, temperatursensitive Materialien, geringerer Energiebedarf). Durch Nutzung von Indium als zusätzlichem Legierungselement konnte gezeigt wer-den, dass bei Bedarf eine weitere Absenkung der Löttemperatur möglich ist. Angepasst an die Legierungssysteme und Anwendung wurden Flussmittel entwickelt bzw. qualifiziert. Gegenüber den Ausgangssystemen konnte dabei zudem ein wesentlicher Beitrag zur Erhöhung der Arbeits- und Gesundheitsschutzes erreicht wer-den, da die neuen Systeme nicht als Gefahrstoff klassifiziert sind. Sie bieten ein zuverlässiges Aufschmelzen ohne verstärkte Oxidation (solder balling) der Lotpulver, auch bei feinen Korngrößen, eine gute Benetzung der Modulmaterialien, insb. auch Cu-blank, wie sowohl in Laborlötversuchen, Messungen der Benetzungskräfte als auch der Fertigung realer Module gezeigt werden konnte, und sind dabei sicher gegenüber Korrosion und Elektromigration, wie die Überprüfung in Normtests und Bauteilprüfungen zeigte. Durch die durchgängige und stoff-schlüssige Anbindung ist bei einer Lötverbindung zudem ein geringer Übergangswiderstand gewährleistet. Durch optimierte Wahl von Pastenmenge, Lötzeit und Kapselungsmaterial konnte in Schindelverbindungen und Verbinderbasierten Modulen eine sehr hohe Zuverlässigkeit erreicht werden. Zuverlässigkeitstests wurden so-gar in deutlich über Standard und das gesetzte Ziel hinausgehenden TC600 und DH3000 bestanden, mit nur sehr geringer Degradation, die unterhalb typsicher Werte für vergleichbare ECA-Verbindungen liegt. Trotz höherer Dichte und Materialverbräuche konnte auch aufgrund der niedrigeren Metallpreise, die nur ca. 10% im Vergleich zum ECA betragen, die Wirtschaftlichkeit der entwickelten Pasten gezeigt werden, insbesondere, wenn durch Kombination mit NCA eine weitere Mengenreduktion erfolgt. Die entwickelten Lotpasten zeigten ein sehr gutes Verhalten auch in Hochleistungsdurckprozessen. Durch leichte Anpassungen von Fluss-mittel bzw. Paste und damit des rheologischen Verhaltens konnten ebenfalls erfolgreich Jet-Dispensprozesse ermöglicht werden. Alle Ziele und Meilensteine des Projektes wurden damit wie geplant erreicht oder sogar übertroffen.