Reaktive Benetzung und Miniaturisierung von Lötverbindungen

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Die durch das Verbot von Blei ausgelöste Suche nach geeigneten alternativen Lötsystemen hat gezeigt, dass grundlegende materialphysikalische Zusammenhänge des Lötprozess nicht ausreichend verstanden sind. Inzwischen nimmt das industrielle Interesse an der Erforschung neuer Lötlegierungen bereits wieder ab, nachdem empirische Testreihen für die meisten Standardanwendungen geeignete neue Legierungssysteme identifizieren konnten. Die Miniaturisierung mikroelektronischer Bauteile und die damit einhergehende Erhöhung der Packungsdichte erfordert jedoch eine weitere Perfektionierung, welche ohne physikalisch fundierte Beschreibung kaum zielgerichtet erfolgen kann.Das vorgeschlagene Projekt soll durch gezielte Messungen an Modellsystemen das Verständnis der reaktiven Benetzung auf eine neue Grundlage stellen. Dazu werden an systematischen Reihen der eutektischen Legierungen SnPb und SnBi zunächst die Oberflächenspannungen der Schmelzen und die Benetzungswinkel auf Cu und Ni Substraten unter möglichst konstanten Bedingungen vermessen. Der Phasenaufbau und die Mikrostruktur der Verbindungen hängen charakteristisch von der Zusammensetzung der Lotlegierungen ab. Deshalb kann durch Variation der Zusammensetzung auch festgestellt werden, auf welche Weise Reaktionsphasen den Benetzungswinkel kontrollieren.Benetzungswinkel und Oberflächenspannungen sind vermutlich die entscheidenden Kontrollparameter für die Kinetik der Benetzung. Um diese These zu bestätigen, soll die Benetzungskinetik entlang dünner Leiterbahnen vermessen und mit den wenigen, bisher bekannten Modellvorstellungen verglichen werden. Im weiteren Verlauf des Projekts soll die Breite der Leiterbahnen in einigen Schritten bis hinunter auf etwa 1 Mikrometer reduziert werden. Es soll festgestellt werden, ab welcher Leiterbahnbreite mit ‚finite-size‘-Effekten auf die Ausbreitung des Lots gerechnet werden muss.