Ziel des Forschungsprojekts war die Ermittlung von anwendungsspezifischen Grenzwerten für den Porenanteil in Lötstellen, bis zu welchen deren Zuverlässigkeit nicht beeinträchtigt wird. Ein besonderer Fokus lag auf der aktuellen Hochleistungs-LED-Technik.
Der industrielle Einsatz bleifreier Weichlote hat zur Zunahme von Poren in den Lötverbindungen elektronischer Baugruppen geführt. Insbesondere bei leistungselektronischen Anwendungen können Poren die Funktion und Zuverlässigkeit erheblich beeinträchtigen. Da die Porenentstehung fertigungstechnisch nur mit großem Aufwand vermieden werden kann, sind in der industriellen Praxis fast immer Poren in Lötstellen vorhanden.
Zur Erzeugung porenarmer Lötstellen wurde das neue Verfahren des Überdrucklötens eingesetzt. Zur Charakterisierung der Lötstellen kam neben der konventionellen Röntgentechnik die Computertomographie (CT) zum Einsatz, mit der Porenpositionen und -volumina exakt erfasst wurden. Im Rahmen des Projekts wurden kritische Porenpositionen in Lötstellen von Leistungs-LED-Baugruppen anhand von Computertomographien in Verbindung mit den Ergebnissen von Zuverlässigkeitstests ermittelt.
Auf Basis der CT-Daten wurden mittels FEM(Finite-Element-Methode)-Simulationen Fallstudien durchgeführt, in denen die Größe, die Anzahl und die Position der Poren in den Lötverbindungen variiert wurden. Aus den in der Simulation und aus den Zuverlässigkeitstests gewonnen Erkenntnissen konnten kritische Porengrößen und -positionen abgeleitet werden. Es zeigte sich, dass vor allem die Porenposition einen entscheidenden Einfluss auf die Rissentstehung hat.
Die entwickelte Methodik (Kombination von CT und FEM) lässt sich auch auf andere Anwendungen bzw. elektronische Baugruppen übertragen und ermöglicht Zuverlässigkeitsprognosen für neue Produkte und Materialien.
