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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Neigung zur
Bildung von Whiskern in einer Reinzinnschicht, die auf eine kupferhaltige
Basisschicht aufgebracht ist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Der
Einsatz von bleihaltigen Zinnlegierungen in elektronischen Komponenten
ist durch gesetzliche Vorgaben verboten. Als Alternative zu den
bis 2005 eingesetzten bleihaltigen Loten und galvanischen Lotvorbeschichtungen
hat sich die Applikation von Reinzinn durchgesetzt. Dieses neigt
jedoch zu einer so genannten Whiskerbildung. Hierbei handelt es sich
um sehr dünne Einkristallnadeln mit einem Durchmesser von
ca. 0,5 μm, die sich durch Abbau von inneren Druckspannungen
in der Zinnschicht bilden. Diese Einkristallnadeln können
sich mit einer Wachstumsgeschwindigkeit von 1–2 mm pro
Jahr ausbilden. Hierdurch kann es zu einer Überbrückung von
elektrischen Leiterbahnen kommen mit daraus resultierenden Kurzschlüssen
oder fehlerhaften Signalströmen.
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Die
Neigung zur Whiskerbildung kann durch geeignete Werkstoffkombinationen
oder thermische Nachbehandlung von verzinnten Bauteilen deutlich reduziert
werden. Jedoch gibt es keine einfache Methode zum Nachweis, ob die
Bauteile richtig prozessiert wurden und damit eine geringe Whiskerbildungsneigung
besteht oder ob eine fehlerhafte Prozessierung zu Bauteilen mit
erhöhtem Whiskerbildungsrisiko führen wird.
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Um
die Whiskerbildung zu untersuchen, ist z. B. aus
US 5,393,573 bekannt, Proben bei einer
Temperatur von 50°C zu altern und im 7-Tages-Rhythmus mit
einem Rasterelektronenmikroskop zu fotografieren. Hierdurch kann
die Whiskerbildung beobachtet werden. Nachteil dieses Verfahrens
ist jedoch, dass sich dieses über einen sehr langen Zeitraum
hinzieht. So sind Prüfungsintervalle von bis zu 100 Tagen üblich.
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Die
mikroskopische Untersuchung der Whiskerbildung in Bohrungen mit
einem Durchmesser von 0,6 bis 1,2 mm ist in
DE-U 20 2005 010 364 beschrieben.
Jedoch ist auch hier eine Lagerzeit von 7 Wochen bei Raumtemperatur
erforderlich, um die Ausbildung von Whiskern beobachten zu können.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der
Neigung zur Bildung von Whiskern in einer Reinzinnschicht, die auf
eine kupferhaltige Basisschicht aufgebracht ist, umfasst folgende
Schritte:
- a) Ablösen der Reinzinnschicht
von der Basisschicht,
- b) Bestimmung der Flächenbelegung durch intermetallische
Verbindungen an der Oberfläche der Basisschicht,
- c) Beurteilen der Neigung zur Bildung von Whiskern aus der in
Schritt b) ermittelten Flächenbelegung der intermetallischen
Verbindungen an der Oberfläche der Basisschicht.
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Es
hat sich gezeigt, dass die Neigung zur Bildung von Whiskern mit
der Flächenbelegung der intermetallischen Verbindungen
an der Oberfläche der Basisschicht korreliert. Somit lässt
sich durch das erfindungsgemäße Verfahren direkt
nach der Herstellung der Reinzinnschicht überprüfen,
ob diese zur Whiskerbildung neigt. Anders als bei den aus dem Stand
der Technik bekannten Verfahren ist es nicht erforderlich, Auslagerungstests
durchzuführen, die sich über mehrere Wochen bis
Monate hinziehen, um die Neigung zur Bildung von Whiskern einschätzen zu
können.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren eignet sich sowohl
zur Untersuchung der Neigung zur Bildung von Whiskern von Reinzinnschichten,
die galvanisch hergestellt wurden, als auch von tauchverzinnten
Bauteilen. Die zur Beurteilung notwendigen intermetallischen Verbindungen
bilden sich bereits während der Herstellung der Reinzinnschicht
an der Grenzfläche zwischen der Basisschicht und der Reinzinnschicht
aus.
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Die
durch galvanische Verzinnung oder Tauchverzinnung hergestellte Reinzinnschicht
weist üblicherweise eine Dicke von 2–12 nm auf.
Zur Untersuchung der Neigung zur Bildung von Whiskern wird eine
Probe mit einer solchen Reinzinnschicht, die auf einer kupferhaltigen
Basisschicht abgeschieden wurde, untersucht. Als Probe eignet sich
jedes beliebige Bauteil, das mit Reinzinn verzinnte kupferhaltige
Basisschichten enthält. Solche Bauteile sind z. B. Leadframes,
wie sie in der Halbleitertechnik eingesetzt werden.
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Die
kupferhaltige Basisschicht wird üblicherweise aus E-Cu58,
CuSn0,15, CuSn4 oder CuSn6 hergestellt. Jedoch kann auch jede beliebige
andere, dem Fachmann bekannte und geeignete Kupferlegierung für
die Basisschicht verwendet werden.
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In
einem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird die Reinzinnschicht von der Basisschicht abgelöst.
Das Ablösen der Reinzinnschicht erfolgt üblicherweise
chemisch mit einer Säure. Geeignete Säuren, mit
denen die Reinzinnschicht abgelöst werden kann, sind z.
B. Salzsäure, Salpetersäure oder Schwefelsäure.
Bevorzugt als Säure wird Salzsäure eingesetzt.
Besonders bevorzugt ist 6 M-Salzsäure.
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Um
die Reinzinnschicht abzulösen wird die Probe vorzugsweise
für 5 bis 20 Sekunden mit der Säure gespült.
In dieser Zeit setzt eine Reaktion unter Auflösung der
Reinzinnschicht ein. Intermetallische Verbindungen, die sich an
der Grenzfläche zwischen der Basisschicht und der Reinzinnschicht
ausgebildet haben, bleiben auf der Basisschicht bestehen. Solche
intermetallischen Verbindungen sind z. B. Cu3Sn
oder Cu6Sn5.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform wird die Probe nach dem
Spülen mit der Säure, um die Reinzinnschicht abzulösen,
zunächst mit Wasser gespült. Um ein rückstandsfreies
Spülen zu ermöglichen, wird hierbei vorzugsweise
vollentsalztes Wasser eingesetzt. Nach dem Spülen wird
die Probe mit der Basisschicht getrocknet. Das Trocknen kann z.
B. durch Einblasen von warmer Luft erfolgen. Die Luft hat dabei
vorzugsweise eine Temperatur im Bereich von 50–80°C.
Die Dauer des Anblasens mit warmer Luft liegt vorzugsweise im Bereich
von 30 Sekunden bis 5 Minuten. Besonders bevorzugt liegt der Zeitraum
zum Anblasen mit warmer Luft im Bereich von 30 Sekunden bis 2 Minuten.
Nach dem Trocknen der Probe mit warmer Luft erfolgt vorzugsweise
eine Abkühlphase. Hierzu kann beispielsweise öl-
und fettfreie Druckluft bei Raumtemperatur eingeblasen werden.
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In
einem nächsten Schritt wird zunächst eine vergrößerte
Aufnahme der Basisschicht erstellt. Durch geeignete Bilderfassungsverfahren
lassen sich auf der so getätigten vergrößerten
Aufnahme Bereiche der Basisschicht und Bereiche aus intermetallischen
Verbindungen erkennen. Anhand der Flächenbelegung der intermetallischen
Verbindungen lässt sich auf die Neigung zur Bildung von
Whiskern schließen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform wird das vergrößerte
Bild der Basisschicht mit einem Rasterelektronenmikroskop aufgenommen.
Neben einem Rasterelektronenmikroskop eignet sich aber auch jedes
beliebige andere Bilderfassungssystem, mit dem hinreichend vergrößerte
Aufnahmen der Oberfläche erstellt werden können.
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Um
eine automatisierte Auswertung der Bilder zu ermöglichen,
wird vorzugsweise eine digitale Aufnahme erstellt. Die digitale
Aufnahme kann durch ein dem Fachmann bekanntes Bildbearbeitungsverfahren
analysiert werden. So lasst sich z. B. die Flächenbelegung
der intermetallischen Verbindung durch ein elektronisches Bildverarbeitungsverfahren ermitteln.
Geeignete Verfahren, um die Flächenbelegung zu ermitteln,
sind dem Fachmann bekannt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform wird die Flächenbelegung
der intermetallischen Verbindung durch eine Graustufenanalyse des
digitalen, vergrößerten Bildes der Oberfläche
ermittelt. Hierzu wird zunächst das aufgenommene Bild in
Graustufen umgewandelt. Bereiche unterschiedlicher Zusammensetzung
werden dabei in unterschiedlichen Graustufen dargestellt. So lässt
sich der Anteil an intermetallischen Verbindungen einem Grauton
zuordnen. Das Flächenverhältnis der erkannten
intermetallischen Verbindungen zur Gesamtfläche ergibt
die Flächenbelegung der intermetallischen Verbindung auf
der Oberfläche der Basisschicht.
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In
Abhängigkeit vom eingesetzten Bilderfassungsverfahren werden
die intermetallischen Verbindungen zum Beispiel durch helle Bildanteile
dargestellt. Um den Anteil der intermetallischen Verbindungen zu
ermitteln, wird für die Bildverarbeitung der Farbschwellenwert
auf einen Bereich zwischen 0 und 120 gesetzt. Hierdurch werden nur
helle Bildanteile analysiert. Um eine hinreichend gute Rauschunterdrückung
zu erzielen, wird das Detektionsminimum vorzugsweise auf 3 bis 10
Pixel, beispielsweise 5 Pixel, gesetzt. Zudem wird ein Aspektverhältnis
im Bereich von vorzugsweise 0,3 bis 5, insbesondere 0,5 bis 2 eingestellt,
um gegebenenfalls auf der Basisschicht ausgebildete Kratzer aus
der Aufnahme herauszufiltern und nicht den intermetallischen Verbindungen
zuzuordnen. Zur Klassifizierung wird nur ein kleiner Bereich des
Bildes, vorzugsweise eine Fläche von 0,25 bis 10 μm2 berücksichtigt.
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In
Abhängigkeit vom eingesetzten Bildverarbeitungsverfahren
oder der eingesetzten Kamera zur Erstellung der Aufnahme der Oberfläche
kann jedoch auch jeder beliebige andere geeignete Parametersatz
verwendet werden, um den Flächenanteil der intermetallischen
Verbindungen zu bestimmen.
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Eine
erforderliche Korrelation, um die Neigung zur Bildung von Whiskern
einer bestimmten Flächenbelegung an intermetallischen Verbindungen zuordnen
zu können, sind Vorversuche erforderlich, in denen über
einen längeren Zeitraum für unterschiedliche Flächenbelegungen
an intermetallischen Verbindungen die Bildung von Whiskern beobachtet wird.
Hierbei werden jeweils in Abhängigkeit von der Zusammensetzung
der Basisschicht und der Art der Reinzinnschicht, beispielsweise
Matt-Sn100 oder Glanz-Sn100 entsprechende Korrelationen erstellt. Eine
derartige Korrelation, die in einer Auswerteeinheit hinterlegt sein
kann, ermöglicht es, durch ein einfaches Signal darzustellen,
ob eine untersuchte Probe zur Bildung von Whiskern neigt oder nicht.
Als Signal kann z. B. ein rotes oder grünes optisches Signal
eingesetzt werden. So kann z. B. ein rotes Signal darstellen, dass
die Probe zur Bildung von Whiskern neigt oder ein grünes
Signal, dass die Probe unkritisch ist. Auf diese Weise kann z. B.
auch eine Wareneingangskontrolle durch wenig geschultes Personal
durchgeführt werden.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens. Die Vorrichtung umfasst eine Reaktionskammer zur
Aufnahme einer Probe, mindestens einen Vorratsbehälter
zur Aufnahme einer Säure, die mit der Reaktionskammer verbunden
ist, einen Sammelbehälter für Spülabfälle sowie
eine Vorrichtung zur Aufnahme von vergrößerten,
digitalen Abbildungen der Oberfläche und eine Auswerteeinheit,
mit der die Flächenbewegung durch intermetallische Verbindungen
an der Oberfläche der Probe durch ein Bildverarbeitungsverfahren
ermittelbar ist.
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Mit
einer solchen Vorrichtung lasst sich auf einfache Weise automatisiert
die Neigung zur Bildung von Whiskern untersuchen. Dies ermöglicht eine
einfache Wareneingangskontrolle und eine schnelle Beurteilung der
Probe.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Eine
Ausführungsform der Erfindung ist in den Figuren dargestellt
und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens zur Bestimmung der Neigung zur Bildung von Whiskern,
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2 eine
mikroskopische Aufnahme einer intermetallischen Phase von Glanz-Sn100
auf CuSn0,15,
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3 Whiskerbildung
in Abhängigkeit der Flächenbedeckung durch intermetallische
Phasen.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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In 1 ist
eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens zur Bestimmung der Neigung zur Bildung von Whiskern
dargestellt.
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Eine
Vorrichtung zur Bestimmung der Neigung zur Bildung von Whiskern
in einer Reinzinnschicht umfasst eine Reaktionskammer 1,
in der in einem ersten Schritt von einer Probe 3, die eine
kupferhaltige Basisschicht 5 aufweist, auf die eine Reinzinnschicht 7 aufgetragen
ist, die Reinzinnschicht 7 abgelöst wird. Das
Ablösen der Reinzinnschicht 7 erfolgt durch Zugabe
einer Säure in die Reaktionskammer 1. Hierzu ist
die Reaktionskammer 1 mit einem ersten Vorratsbehälter 9 verbunden,
in dem eine Säure, mit der die Reinzinnschicht 7 abgelöst
werden kann, enthalten ist. Die im ersten Vorratsbehälter 9 enthaltene
Säure ist vorzugsweise Salzsäure. Weitere geeignete
Säuren sind z. B. Salpetersäure oder Schwefelsäure.
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Wenn
Salzsäure zum Ablösen der Reinzinnschicht 7 eingesetzt
wird, so wird diese vorzugsweise als 5 bis 8 M Salzsäure
eingesetzt.
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Um
die Reinzinnschicht 7 zu entfernen, wird die Reaktionskammer 1 mit
der Säure aus dem ersten Vorratsbehälter 9 geflutet,
bis die Reinzinnschicht 7 vollständig bedeckt
ist. Das Ablösen der Reinzinnschicht 7 erfolgt
dabei vorzugsweise in einem Zeitraum von etwa 5 bis 20 Sekunden.
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Die
kupferhaltige Basisschicht 5, auf der die Reinzinnschicht 7 aufgebracht
ist, ist z. B. aus E-Cu58, CuSn0,15, CuSn4 oder CuSn6 gefertigt.
Die kupferhaltige Basisschicht 5 kann dabei auf einem Träger
aufgebracht sein oder alternativ wird die kupferhaltige Basisschicht 5 mit
der darauf aufgetragenen Reinzinnschicht 7 als Probe 3 eingesetzt.
In diesem Fall ist die kupferhaltige Basisschicht 5 vorzugsweise
in einer Stärke ausgeführt, dass die Basisschicht 5 selbsttragend
ist.
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Nach
Abschluss der Reaktion, bei der die Reinzinnschicht 7 von
der Basisschicht 5 abgelöst wurde, wird die Säure
aus der Reaktionskammer 1 entfernt. Hierzu ist z. B. am
Boden der Reaktionskammer 1 ein Ablauf 11 angeordnet, über
den die Säure in einen Abfallbehälter 13 ablaufen
kann. Damit die Säure nicht durch die Reaktionskammer 1 direkt
in den Abfallbehälter 13 durchläuft,
ist im Ablauf 11 ein Ventil 15 positioniert. Solange
die Reaktion in der Reaktionskammer 1 abläuft,
ist das Ventil 15 geschlossen. Das Ventil 15 wird
geöffnet, sobald die Säure aus der Reaktionskammer 1 ablaufen
soll. Im Abfallbehälter 13 wird die Säure
gesammelt.
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Nachdem
die Säure aus der Reaktionskammer 1 abgelassen
wurde, wird die Probe 3 gespült. Das Spülen
der Probe 3 erfolgt vorzugsweise mit vollentsalztem Wasser.
Dieses ist in einem zweiten Vorratsbehälter 17 vorgelegt. Über
einen Zulauf 19 strömt das vollentsalzte Wasser
aus dem zweiten Vorratsbehälter 17 in die Reaktionskammer 1.
Hierdurch wird die Probe 3 gespült. Nach dem Spülvorgang
wird das vollentsalzte Wasser über den Ablauf 11 dem
Abfallbehälter 13 zugeführt. Um die Probe 3 rückstandsfrei
zu spülen, kann der Spülvorgang beliebig oft wiederholt
werden. Vorzugsweise wird der Spülvorgang mindestens zweimal,
insbesondere mindestens dreimal wiederholt.
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Um
die Zugabe der Säure aus dem ersten Vorratsbehälter 9 in
die Reaktionskammer steuern zu können, ist im Zulauf 21,
der den ersten Vorratsbehälter 9 mit der Reaktionskammer 1 verbindet,
ein Ventil 23 aufgenommen. Wenn Säure aus dem
ersten Vorratsbehälter 9 in die Reaktionskammer 1 zugegeben
werden soll, wird das Ventil 23 geöffnet und wenn
die Säure in der Reaktionskammer 1 enthalten ist
wieder geschlossen. Entsprechend ist im Zulauf 19 vom zweiten
Vorratsbehälter 17 in die Reaktionskammer 1 ebenfalls
ein Ventil 25 aufgenommen. Hierdurch lasst sich die Zugabe
des vollentsalzten Wassers aus dem zweiten Vorratsbehälter 17 in
die Reaktionskammer 1 steuern.
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Nach
dem Spülen der Probe 3 mit dem vollentsalzten
Wasser wird die Probe 3 getrocknet. Das Trocknen kann z.
B. dadurch erfolgen, dass die Reaktionskammer 1 zunächst
von Warmluft durchströmt wird. Die Warmluft wird dabei über
einen Einlass 27 in die Reaktionskammer 1 eingeblasen. Über einen
Abluftkanal 29 wird die Abluft wieder aus der Reaktionskammer 1 ausgetragen.
Beim Durchströmen der Reaktionskammer 1 nimmt
die über den Einlass 27 eingeblasene Warmluft
Feuchtigkeit von der Probe 3 auf, wodurch diese getrocknet
wird. Alternativ ist es z. B. auch möglich, die Probe 3 direkt
mit der Warmluft anzublasen. Durch das Anblasen mit Warmluft wähnt
sich die Probe 3 auf. Diese kann z. B. durch Anblasen mit
Druckluft abgekühlt werden. Alternativ ist es auch möglich,
die Probe 3 an der Umgebung wieder abzukühlen.
Wenn die Probe mit Druckluft angeblasen wird, so wird die Druckluft
vorzugsweise über Druckluftdüsen 31 zugeführt.
Die Druckluftdüsen 31 sind dabei vorzugsweise
so ausgerichtet, dass die Probe 3 direkt angeblasen wird. Ein
gleichmäßiges Anblasen der Probe 3 mit
der Druckluft wird z. B. dadurch erzielt, dass die Druckluftdüsen 31 oszillieren.
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Um
zu vermeiden, dass die Oberfläche der Probe 3 verunreinigt
wird, ist es bevorzugt, dass die Warmluft und die Druckluft ölfrei
sind. Zudem ist es bevorzugt, trockene Warmluft bzw. Druckluft einzusetzen.
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Das
Trocknen der Probe 3 kann auch nur durch Anblasen mit Druckluft
erfolgen. Wenn sowohl Warmluft als auch Druckluft eingesetzt werden,
so ist es z. B. möglich, Warmluft mit einer Temperatur
im Bereich von 50 bis 70°C einzusetzen. Das Einblasen erfolgt
dabei vorzugsweise über einen Zeitraum von 30 Sekunden
bis 5 Minuten, bevorzugt von 30 Sekunden bis 2 Minuten.
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Durch
das anschließende Einblasen von kalter Druckluft über
die Druckluftdüsen 31 wird das Abkühlen
der Probe 3 beschleunigt. Eine schnellere Auswertung ist
somit möglich.
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Auch
die über die Druckluftdüsen 31 eingeblasene
Druckluft wird über den Abluftkanal 29 aus der
Reaktionskammer 1 entfernt. Der Abluftkanal 29 kann
z. B. mit einer Abluftreinigung verbunden sein, um Rückstände
aus der Abluft zu entfernen, bevor diese an die Umgebung abgegeben
wird.
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Um
für das Ablösen der Reinzinnschicht 7 immer
ausreichend Säure im ersten Vorratsbehälter 9 bzw.
zum anschließenden Spülen ausreichend vollentsalztes
Wasser im zweiten Vorratsbehälter 17 vorrätig
zu halten, sind der erste Vorratsbehälter 9 und
der zweite Vorratsbehälter 17 jeweils mit einem Flüssigkeitsstandsanzeiger 33 ausgestattet.
Sobald das Flüssigkeitsniveau im ersten Vorratsbehälter 9 bzw.
zweiten Vorratsbehälter 17 einen unteren Grenzwert
unterschreitet, ist es erforderlich, Flüssigkeit nachzufahren,
um ein störungsfreies Durchführen des Verfahrens
zu ermöglichen.
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Auch
der Abfallbehälter 13 ist vorzugsweise mit einem
Flüssigkeitsstandsanzeiger 33 ausgestattet. Dieser
zeigt den Flüssigkeitsstand im Abfallbehälter 13 an,
so dass dieser rechtzeitig geleert oder ausgetauscht werden kann.
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An
Stelle Säure in den ersten Vorratsbehälter 9 nachzufüllen
oder vollentsalztes Wasser in den zweiten Vorratsbehälter 17 nachzufüllen
ist es auch möglich, den ersten Vorratsbehälter 9 bzw.
zweiten Vorratsbehälter 17 auszutauschen. Hierzu
können der erste Vorratsbehälter 9 und
der zweite Vorratsbehälter 17 z. B. mit Click-Fix-Verschlüssen
mit der Reaktionskammer 1 verbunden sein. Auf diese Weise ist
ein einfaches und tropfdichtes Wechseln der Vorratsbehälter 9, 17 möglich.
Auch nicht speziell geschultes Personal kann so die Vorratsbehälter 9, 17 austauschen.
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Auch
der Abfallbehälter 13 kann entweder geleert werden
oder bevorzugt ausgetauscht werden. Wenn der Abfallbehälter 13 ausgetauscht
werden soll, so ist dieser ebenso wie die Vorratsbehälter 9, 17 vorzugsweise
mit einem tropfdichten Click-Fix-Verschluss mit der Reaktionskammer 1 verbunden.
Auch in diesem Fall wird ein tropfdichtes Austauschen auf einfache
Weise ermöglicht, so dass kein speziell geschultes Personal
eingesetzt werden muss, um den Abfallbehälter 13 auszutauschen.
Auf diese Weise ist es z. B. möglich, die Vorrichtung z.
B. auch beim Wareneingang in der Qualitätskontrolle einzusetzen,
wo im Allgemeinen kein chemisches Fachpersonal arbeitet.
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In
der hier dargestellten Ausführungsform wird die Probe 3 nach
dem Ablösen der Reinzinnschicht 7 einer Detektionskammer 35 zugeführt.
Die Detektionskammer 35 umfasst ein Mikroskop 37,
das mit einer Digitalkamera 39 verbunden ist. Auf diese Weise
können digitalisierte Aufnahmen der Oberfläche
der Probe 3 aufgenommen werden. Das Mikroskop 37 kann
jedes beliebige, dem Fachmann bekannte Mikroskop sein. So ist z.
B. ein Objektiv mit einer sehr guten Auflösung verwendbar
oder bevorzugt ein Rasterelektronenmikroskop. Das mit der Digitalkamera 39 aufgenommene
Bild der Oberfläche der Probe 3 wird einer Auswerteeinheit 41 zugeführt.
Die Auswerteeinheit 41 ist z. B. ein Computer mit einer Bildbearbeitungssoftware.
Auch jede andere, dem Fachmann bekannte Auswerteeinheit, mit der
digitalisierte Aufnahmen ausgewertet werden können, ist jedoch
verwendbar.
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Neben
der hier dargestellten Ausführungsform mit Reaktionskammer 1 und
von der Reaktionskammer getrennter Detektionskammer 35 ist
es alternativ auch möglich, nur eine Kammer vorzusehen, wobei
sowohl die Reaktion zur Ablösung der Reinzinnschicht als
auch das Aufnehmen der Oberfläche in der gleichen Kammer
erfolgt.
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Beim
Verzinnen der kupferhaltigen Basisschicht bilden sich intermetallische
Verbindungen an der Grenzfläche zwischen Basisschicht 5 und Reinzinnschicht 7 aus.
Diese intermetallischen Verbindungen werden durch das Ablösen
der Reinzinnschicht 7 nicht entfernt. Intermetallische
Verbindungen, die entstehen, sind z. B. Cu3Sn
oder Cu6Sn5.
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Eine
solche aufgenommene intermetallische Phase ist beispielhaft in 2 dargestellt.
Hierbei handelt es sich um die intermetallische Phase von Glanz-Sn100
auf einer CuSn0,15-Basisschicht. Das so aufgenommene Bild wird mit
der Auswerteeinheit 41 durch eine Graustufenanalyse ausgewertet.
Mit der Graustufenanalyse wird die Flächenbelegung der intermetallischen
Verbindungen auf der Grenzfläche ermittelt. Die intermetallische
Phase unterscheidet sich von der Oberfläche der Basisschicht 5 durch
ihre Graufärbung. So ist z. B. bei der in 2 dargestellten
Aufnahme der Grenzfläche die intermetallische Phase 43 hellgrau
und das Material der Basisschicht 5 dunkelgrau dargestellt.
Aus den unterschiedlichen Grauschattierungen lässt sich
die intermetallische Phase bezogen auf die Fläche der Basisschicht 5 ermitteln.
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Es
hat sich gezeigt, dass die Neigung zur Bildung von Whiskern abhängt
von der Flächenbelegung der Probe 3 mit der intermetallischen
Phase. Die für unterschiedliche Materialkombinationen der Basisschicht 5 und
der Reinzinnschicht 7 jeweils kritische Flächenbelegung
der intermetallischen Phase lässt sich durch Versuche ermitteln
und in der Auswerteeinheit 41 hinterlegen. Wenn die Aufnahme
der Oberfläche der Probe 3 eine kritische Flächenbelegung
ergibt, so hat die Probe eine hohe Neigung zur Whiskerbildung. Entsprechend
führt eine unkritische Flächenbelegung mit der
intermetallischen Phase dazu, dass die Reinzinnschicht 7 nur
eine geringe Neigung zur Whiskerbildung aufweist.
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In 3 ist
beispielhaft die Bildung von Whiskern über die Flächenbelegung
der intermetallischen Phase für eine Basisschicht aus CuSnx, wobei x ein Wert zwischen 0,15 und 6 ist,
und eine Matt-Zinnschicht dargestellt. Auf der x-Achse 45 ist die
Flächenbelegung der intermetallischen Phase in % wiedergegeben.
Die y-Achse 47 gibt die Länge des maximalen Whiskers
nach einem Jahr Auslagerung bei einer Temperatur von 20°C
und 50% relativer Feuchte in μm wieder. Es zeigt sich,
dass bei einer Flächenbelegung der intermetallischen Phase
bis ca. 23% eine verstärkte Neigung zur Whiskerbildung existiert.
Bei einer Flächenbelegung oberhalb der 23% nimmt die Whiskerbildung
deutlich ab. Wenn sich somit bei einer Auswertung der Aufnahme der Oberfläche
der Probe 3 eine Flächenbelegung mit der intermetallischen
Phase von mehr als 23% ergibt, so zeigt sich, dass die Qualität
der Reinzinnschicht 7 in Ordnung ist. Eine Flächenbelegung
der intermetallischen Phase von weniger als 23% zeigt eine erhöhte
Neigung zur Whiskerbildung. Das so beschichtete Bauteil ist nicht
in Ordnung.
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Durch
das erfindungsgemäße Verfahren lasst sich auf
einfache Weise eine schnelle Prüfung von Chargen reinverzinnter
Bauteile durchführen. Hierzu ist es lediglich notwendig,
stichprobenartig Bauteile aus einer Charge durch das Verfahren z.
B. bei der Wareneingangskontrolle zu prüfen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 5393573 [0004]
- - DE 202005010364 [0005]