Formung fortschrittlicher THT-Verbindungen mit dem SB²-Laserlötverfahren

Überwindung von Einschränkungen beim Löten mit THT-Kontakten

Herkömmliche Verfahren zum Löten von THT-Kontakten stoßen bei Produkten der neuen Generation zunehmend an ihre Grenzen. Feinere Abstände, kompliziertere Geometrien, bessere Aspektverhältnisse, thermisch empfindliche Substrate und die allgemeine Forderung nach einer flussmittelfreien Verbindung erfordern andere Prozesslösungen.

Das laserunterstützte SB²-Lötstrahlverfahren geht auf diese Herausforderungen ein und überwindet sie. Bei diesem Verfahren wird ein geschmolzener Lottropfen auf einen THT-Kontakt gestrahlt. Das Lot füllt den Hohlraum zwischen dem Stift und der Innenseite des vertikalen Anschlusses (VIA) und bildet eine zuverlässige mechanische und elektrische Verbindung. Dieser pitch-agnostische Prozess funktioniert für verschiedene 2D- und 3D-Geometrien. Es hat mehrere entscheidende Vorteile gegenüber dem Wellenlöten, der herkömmlichen industriellen Lösung für das Löten von THT-Kontakten. Neben der optionalen Verwendung von Flussmittel unterstützt es geeignete Pitch-Anwendungen, da die nutzbare Lotkugelmaterialgröße auf 30 µm reduziert werden kann. Darüber hinaus handelt es sich um ein schonenderes Verfahren hinsichtlich der thermischen Belastung des Substrats. Thermische Schäden an empfindlichen Substratteilen können vermieden werden, da die Erwärmung des Substrats durch den Kontakt mit dem geschmolzenen Lot sehr lokal begrenzt ist. Darüber hinaus haben frühere Arbeiten gezeigt, dass die auf diese Weise hergestellten Verbindungen sehr viel widerstandsfähiger gegenüber den Auswirkungen der thermischen Alterung sind. Dies liegt daran, dass das thermische Ereignis um 2 bis 4 Größenordnungen kürzer ist als bei herkömmlichen Ofen-Reflow-, Lötkolben- oder Wellenlötverfahren.

In dieser Arbeit haben wir PTH- und NPTH-THT-Kontaktproben mit unterschiedlichen Geometrien und Seitenverhältnissen hergestellt, die verschiedene Pad-Metallisierungen (Cu, NiAu oder HASL) aufwiesen und anschließend mit dem SB²-Jet-Verfahren bearbeitet wurden. Die so entstandenen Testfahrzeuge wurden umfangreichen Analysen unterzogen, einschließlich mikroskopischer Inspektion der Bondgeometrie und Röntgenanalyse. Darüber hinaus wurden die Auswirkungen auf die Lötkontakte vor und nach der thermischen Beanspruchung mikroskopisch untersucht und metallurgische Analysen durch Querschliff durchgeführt.

Es wurde ein Modell zur Bestimmung des Füllstands mit Hilfe eines visuellen Abtastsystems demonstriert, das die kostspielige und zeitaufwendige Röntgenanalyse oder Querschnittspräparation überflüssig macht. Abschließend wird auf das industrielle Potenzial und die technologische Bedeutung dieses neuartigen Ansatzes eingegangen und ein Ausblick auf zukünftige technologische Entwicklungen gegeben.

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