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Das Geschäftsfeld Mikrofertigungsverfahren des Fraunhofer ISIT bietet neben der Evaluierung von kompletten Baugruppen auch die Bewertung von Leiterplatten und Bauteilen der Elektronikproduktion an. Im Fokus stehen dabei die Benetzungseigenschaften der Leiterplattenpads und der Bauteilanschlüsse, die als Grundlage für die Lötbarkeit dienen. Die Benetzbarkeit und Lötbarkeit von Leiterplatten- und Bauteilmetallisierungen lassen sich durch Standardtests (z.B. IPC-J-STD 002, IEC 68-2-20, IEC 68-2-54, IEC 68-2-58) testen.

Folgende Prüfungen zur Bewertung der Benetzbarkeit und Lötbarkeit von Substratmetallisierungen und Bauteilanschlüssen sind im Fraunhofer ISIT durchführbar:

Benetzungskraftmessung mit der Benetzungswaage (wetting balance test) mit Videobeobachtung und – dokumentation
In situ- Beobachtung des Aufschmelzverhaltens
Aufschmelzen von Lotpasten und Preforms auf einem benetzbaren Substrat bei Verwendung eines Lottiegels (z.B. bei Temperaturen von 235°C/245°C) – Prüfung der Benetzungseffizienz
Messung des Lotausbreitungsverhaltens (spreading)
Randwinkelmessung im Querschliff oder mittels Laserscan Mikroskop
Lotaufschmelzprüfung (Solder Balling) auf nicht benetzbarem Substrat

Die Benetzungskraftmessung mit der sogenannten Benetzungswaage (Bild 1) ist das bevorzugte Verfahren zur Bewertung der Lötbarkeit von Bauteilen und Leiterplatten.

Bild 1: Benetzungswaage Multicore MUST 3

Bei der Benetzungsprüfung wird der Prüfling in ein Lotdepot (Lotbad oder Lotkugel) eingetaucht (Bild 2).

Bild 2: Bildsequenzen des Benetzungsverhaltens eines Pins eines Steckverbinders

Der Sensor in der Benetzungswaage ist ein Kraftmesskopf, der die Kräfte während des Tauchvorgangs am Prüfling misst. Die Oberflächenspannung und der Auftrieb des Lotdepots drücken den Prüfling zunächst nach oben und sobald der Prüfling benetzt, entsteht eine Kraft, die die zu messende Probe in das Lot hineinzieht.

Es entsteht ein Kraft-Zeit-Signal, die so genannte Benetzungskraftkurve. In Bild 3 sind die Benetzungskraftkurven verschiedener Lotlegierungen zu erkennen.

Bild 3: Benetzungskraftkurven verschiedener Lotlegierungen

Aufgrund der unterschiedlichen Schmelzpunkte der Lotlegierungen fallen die Benetzungsresultate für die einzelnen Lotmaterialien sehr unterschiedlich aus. Kriterien zur Bewertung der Benetzungsfähigkeit in den Messkurven sind die Benetzungskraft, die Verzögerungszeit und die Dynamik (Gradient) der Benetzung. Diese Kriterien werden sowohl in den Benetzungskraftkurven als auch in der Benetzungsfortschritt-Darstellung in einem parallel aufgezeichneten Video wiedergegeben.

Eine gute Benetzungsfähigkeit von Oberflächen äußert sich zudem in einem spitzen Randwinkel (Bild 4).

Bild 4: Randwinkelmessung im Querschliff für verschiedene Lotlegierungen (flache und hohe Meniskenform)

Die Benetzungs- und Lötbarkeitsprüfungen werden oft notwendig, wenn Auffälligkeiten im Lötprozess auftauchen und die gewünschte Verbindungsqualität nicht erreicht wird.

Das Dienstleistungsangebot zur Beurteilung der Benetzungsfähigkeit wendet sich sowohl an Bauteilhersteller zur Evaluierung ihrer Produkte als auch an Baugruppenfertiger zur Unterstützung der richtigen Produkt- und Materialauswahl und -anwendung.

Das ISIT bietet Technologieberatung und Unterstützung bei der Prozessevaluierung und Optimierung an. Gerne stehen wir Ihnen für individuelle Fragestellungen zur Verfügung.