Micromechanical characterization of lead-free solder and its individual microstructure elements

Um die außerordentlich hohe Zuverlässigkeit von mikroelektronischen Bauteilen zu gewährleisten ist die genaue Kenntnis des mechanischen Verhaltens ihrer einzelnen Bestandteile erforderlich. Insbesondere Lot-Verbindungen mit ihren harten sowie spröden intermetallischen Verbindungen sind für das Versagen oft ausschlaggebend. Lotverbindungen befinden sich darüber hinaus im Umbruch zu bleifreien Alternativen mit unbekannten mechanischen Kennwerten, da makroskopische Prüfverfahren aufgrund der kleinen Dimensionen typischer Lötstellen ungeeignet sind. Der Einsatz von mikromechanischen Prüfverfahren (Mikrodruck- und Mikrobruchexperimente) ermöglichte die Untersuchung einzelner Mikrostrukturelemente wie Sn, Cu\(_{3}\)Sn und Cu\(_{6}\)Sn\(_{5}\) in Hinblick auf aussagekräftige Materialparameter. Darüber hinaus wurden die Auswirkungen von entstehenden Vorzugsorientierungen im Lot und mögliche Größeneinflüsse durch fortlaufende Miniaturisierung im Bereich der Mikroelektronik ermitteltIn order to ensure the rising reliability demands in microelectronic devices, exact knowledge of the mechanical performance of its individual components is necessary. Especially solder joints, consisting of hard and brittle intermetallic compounds as well as ductile tin, are crucial for mechanical failure. Driven by environmental and health concerns, solder materials are undergoing a transition to lead-free alternatives. The mechanical parameters of these alloys cannot be tested with conventional testing methods due to the small dimensions of solder joints. Micromechanical methods (Microcompression- and Microfracturetesting) enable the analysis of individual microstructure elements such as Sn, Cu\(_{3}\)Sn and Cu\(_{6}\)Sn\(_{5}\) to determine meaningful material parameters for all solder joint components. Finally, the impact of phase orientations and possible size effects, regarding the ongoing miniaturization, has been revealed