Korrosion in der Elektronik

Kompetenz zum Korrosionverhalten von Werkstoffen, Bauteilen und Systemen

Korrosion ist in DIN EN ISO 8044 definiert als Vorgang, in der ein Werkstoff durch Reaktion mit seiner Umgebung geschädigt wird. Solche Einflussgrößen in der Umwelt können Feuchte, hohe Temperaturen oder Schadstoffe sein. Die häufig schleichend ablaufenden Korrosionsprozesse können zu erheblichen Beeinträchtigungen der Funktionalität bis hin zum Versagen eines Bauteils oder Systems führen. Korrosion kann sowohl unter mechanischer Beanspruchung erfolgen als auch ohne. Korrosionsbeanspruchungen und Korrosionsverhalten können jedoch durch Messungen spezifisch für einzelne Werkstoffe, Materialkombinationen und den Einfluss unterschiedlicher Medien auf diese aufgeklärt und quantifiziert werden. Solche Tests sind ein Schlüssel zur effizienten Zuverlässigkeitsbewertung.

Korrosion Defekt Querschnitt Fraunhofer IMWS
© Fraunhofer IMWS
Rasterelektronenmikroskopische (REM)-Analyse der Defektbildung im Querschnitt eines korrodierten Schichtsystems Bronze-Ni-NiPd-Au

Für die Qualitätsprüfung bei mikro- und leistungselektronischen Bauteilen, insbesondere in der Aufbau- und Verbindungstechnik, spielt das Verständnis des Korrosionsverhaltens von Materialien eine immer wichtigere Rolle. Außerdem gewinnt der Fehlermechanismus der elektrochemischen (ionischen) Migration ECM immer mehr an Bedeutung. Dies liegt zum einen am zunehmenden Einsatz von elektronischen Systemen etwa im Automobilbereich oder bei Anwendungen für erneuerbare Energien, wo die Werkstoffe und Bauteilen teils extremen Bedingungen ausgesetzt sind, die korrosive Prozesse erleichtern oder beschleunigen können. Zum anderen führt die Miniaturisierung dazu, dass Bauteile über größere Oberflächen bei gleichem Volumen verfügen – das bietet mehr Angriffspunkte für korrosiv wirkende Medien.

Am Fraunhofer IMWS steht ein breites Spektrum an Methoden für die Korrosionsprüfung zur Verfügung. Dabei können sowohl r elektrochemische Korrosions- oder Migrationsprozesse, die durch Anwesenheit eines Elektrolyten oder in Gegenwart eines elektrischen Feldes (etwa Loch-, Kontakt- und Spaltkorrosion) ausgelöst wird, als auch rein chemisch ablaufende Prozesse bewertet werden. Die Fachleute des Instituts in Halle (Saale) untersuchen seit 1992 elektronische Baugruppen auf Fehlermechanismen und Ausfallursachen. Das Spektrum der Testverfahren und Prüfmethoden reicht von Vergleichsmessungen mit Standardverfahren über die chemische Analyse (auch für schwer zugängliche elektronische Baugruppen wie Steckverbinder oder Leiterplatten) bis hin zur Materialentwicklung, zum Beispiel durch chemische Modifikation der Oberflächen von Kontaktmaterialien. Ein Schwerpunkt des Fraunhofer IMWS sind hochauflösende physikalische Methoden (Rasterelektronenmikroskopie, energiedispersive Röntgenanalyse,  Transmissionselektronenmikroskopie), die sowohl lokale Schädigungen durch Korrosion beispielsweise in Drahtverbindungen und elektrischen Kontakten bis hin zur Mikro- und Nanomorphologie erkennbar machen als auch die Aufklärung von Fehlermodi ermöglichen. Die Forscherinnen und Forscher entwickeln gemeinsam mit Partnern zusätzlich neue Methoden und Geräte zur Korrosionsprüfung.

Elektrochemische Messungen mit Kupferelektroden und Na2SO4-Elektrolyten. Links sind 5V Spannung angelegt, rechts 0V, es kommt zum Wachstum von Dendriten (abgebildet in Echtzeit) und zur Kurzschlussbildung.

Unser Angebot

Sie möchten mehr über die Kompetenzen des Fraunhofer IMWS zu Korrosionsverhalten, Test- und Prüfmöglichkeiten erfahren? Hier erhalten Sie einen Überblick.

Forschungsergebnisse und Projekte des Fraunhofer IMWS

Korrosionsverhalten in der Automobilelektronik

Der Anteil an Ausfällen durch korrosive Prozesse in der Automobilelektronik hat in den vergangenen Jahren durch Miniaturisierung und breiten Einsatz von Steuerelektronik deutlich zugenommen. Ein Schnelltest ermöglicht jetzt die effiziente Prüfung neuer Materialien und Materialkombinationen hinsichtlich ihres Korrosionsverhaltens.

Sandy Klengel erhält »Outstanding Paper« auf Fachkonferenz EMPC

Neue Ergebnisse zum Einfluss von Kupferdrahtmaterial auf korrosionsbeständige Packages und Systeme für Hochtemperaturanwendungen wurden ausgezeichnet.

Schnellere Prüfmethode für Korrosionsanfälligkeit

Feuchtigkeit, Temperatur und Schadstoffbelastung können zu korrosiven Prozessen in Materialien elektronischer Baugruppen führen. Korrosion tritt meist lokal auf und führt zu erheblichen Beeinträchtigungen, bis hin zum Ausfall von elektronischen Baugruppen. Am Fraunhofer IMWS wurde ein neues Verfahren zur schnelleren Korrosionsprüfung entwickelt.

Besserer Korrosionsschutz durch optimierte Oberflächen

Wenn Werkstoffe mit Feuchtigkeit oder Gasen reagieren, wie zum Beispiel Sauerstoff  oder Stickoxiden, können durch diese Korrosions-Prozesse die Materialeigenschaften beeinträchtigt werden. Das Fraunhofer IMWS arbeitet an Lösungen, um Materialien für elektrische Kontakte durch Optimierung ihrer Oberflächen vor Korrosion zu schützen.

Korrosionsmechanismus auf Chipebene nachgewiesen

Elektronikbauteile für Automobilanwendungen unterliegen extremen Einsatzbedingungen, was erhebliche Herausforderungen für die Qualitätskontrolle mit sich bringt. Das Fraunhofer IMWS hat Ursachen von Korrosionsdefekten in dielektrischen Schichten eines HALL-Sensors unter Zusammenwirken verschiedener Stressfaktoren dargestellt.