Abstract
Während des Auslagerungsprozesses von verlöteten Halbleiterkomponenten der Mikroelektronik wird häufig die Formation von Poren beobachtet. In der Industrie eingesetzte Lote auf Sn-Ag-Cu-Basis bilden die intermetallischen Phasen Cu3Sn und Cu6Sn5, wodurch die Problematik bevorzugt wird. Erkenntnisse über die Porenbildung und deren Verteilung sind für die Bemessung der Betriebsgrenzen von signifikanter Bedeutung und werden in der vorliegenden Masterarbeit analysiert. Ausgehend von einem Modell, basierend auf thermodynamischen Betrachtungen im Ungleichgewicht, wird ein Mean-Field-Modell entwickelt. Dieses wird hinsichtlich der Geometrie, initialen Poren- und Leerstellenverteilung sowie der Beschreibung der einzelnen Phasen verallgemeinert. Es wird eine beschreibende Differentialgleichung aus den Überlegungen zur Charakterisierung der Porenentwicklung zugrunde der Leerstellendiffusion gewonnen. Neben den intermetallischen Phasen treten auch die Reinphasen Cu und Sn auf. Da in der gesamten Gibbs-Energie neben den Anteilen der Oberflächenenergie und chemischen Bindungsenergie auch der mechanische Anteil über die Verzerrungsenergie zu berücksichtigen ist, muss der Spannungs- und Dehnungszustand der materiellen Punkte des Kontinuums abgebildet werden. Hierbei gilt es speziell die Anisotropie, das plastische Materialverhalten inklusive von Verfestigungsmechanismen und das Kriechverhalten realitätsnahe im numerischen Modell abzubilden. Die Implementierung des Modells erfolgt mittels der Finiten-Elemente-Methode. Um die Interpolation des Materialverhaltens zwischen den einzelnen Phasen flexibel gestalten zu können, werden hierbei diverse Subroutinen verwendet. Zusätzlich wird noch ein geeignetes Konstitutivgesetz abgeleitet, um auch den Einfluss der Porenbildung auf die Steifigkeit der Lötstelle und die Auswirkungen von Umwandlungsdehnungen abbilden zu können. Nach dem Abschluss der Modellbildung gilt es erste Simulationsergebnisse anhand zur Verfügung gestellter experimenteller Daten zu validieren und unbekannte Parameter zur Beschreibung dissipativer Einflüsse zu fitten. Einen wesentlichen Aspekt stellt dabei die Evaluierung von Verunreinigungen des Lots, speziell durch einen zunehmenden Cl-Gehalt dar. Den Einfluss gilt es durch Adaption der thermodynamischen Parameter zu berücksichtigen.
Titel in Übersetzung | Entwicklung eines Mean-Field-Modells zur Beschreibung der Porenformation in SAC305-Lötbällen |
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Originalsprache | Englisch |
Qualifikation | Dipl.-Ing. |
Gradverleihende Hochschule |
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Betreuer/-in / Berater/-in |
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Datum der Bewilligung | 28 Juni 2024 |
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Publikationsstatus | Veröffentlicht - 2024 |
Bibliographische Notiz
gesperrt bis 28-06-2029Schlagwörter
- SAC305
- Porösität
- Lötstellen
- Kirkendall-Effekt
- FEM
- Porenwachstum
- Cl-Kontamination