White Plague
Englisch: white plague
Die weiße Gold-Aluminium-Intermetallverbindung Au₅Al₂, die entstehen kann, wenn Gold und Aluminium in direkten Kontakt erhitzt werden, beispielsweise an einer elektrischen Verbindungsstelle zwischen Gold- und Aluminiumkomponenten.
Weißer Belag: Gold-Aluminium-Korrosion, die Verbindungen zerstört
Weißer Belag ist die spröde intermetallische Verbindung Au₅Al₂, die entsteht, wenn Gold und Aluminium in direktem Kontakt erhitzt werden. Er erscheint als weißer oder grauer kristalliner Belag an der Grenzfläche zwischen den beiden Metallen, typischerweise an elektrischen Verbindungsstellen, Lötverbindungen oder Drahtbonden in integrierten Schaltkreisen. Die Verbindung ist elektrisch isolierend und mechanisch schwach, was sie zu einem Ausfallmechanismus statt zu einer wünschenswerten Phase macht.
Die Reaktion findet statt, weil Gold und Aluminium bei erhöhten Temperaturen ein günstiges Phasendiagramm bilden. Thermische Wechselbelastung, Widerstandserwärmung an schlechten Kontakten oder auch normale Betriebstemperaturen in engen Geometrien können die Diffusion zwischen den beiden Metallen vorantreiben. In hybriden integrierten Schaltkreisen und Dickschicht-Hybriden ist die Au₅Al₂-Bildung besonders häufig, wo Golddrahtbonde oder Goldplattierungen auf Aluminiumpads, Anschlussrahmen oder Leiterbahnen treffen. Die Verbindung wächst auf Kosten beider Basismetalle, verbraucht Material und erzeugt Hohlräume, die die Verbindung mechanisch schwächen.
Der Name leitet sich von der Erscheinung des Belags und seinem zerstörerischen Charakter ab. Ein Belag deutet sowohl auf die weißliche Verfärbung als auch auf die ansteckende Ausbreitung von Ausfällen in betroffenen Bauteilen hin. Ist die Reaktion an einer Verbindungsstelle eingeleitet, können thermische Spannungen und weitere Erwärmung das Wachstum der intermetallischen Verbindung beschleunigen, was zu Unterbrechungen und Bauteilausfällen führt. Dies ist besonders problematisch in Leistungselektronik und hochzuverlässigen Anwendungen, wo thermische Ausreißer häufig vorkommen.
Vermeidung und branchenübliche Praktiken
Konstrukteure und Hersteller vermeiden weißen Belag durch Sperrschichten, Materialauswahl und thermisches Management. Eine dünne Nickel- oder Palladiumsperrschicht zwischen Gold und Aluminium verhindert direkten Kontakt und Diffusion. Alternativ reduziert die Verwendung von Golddraht, gebondet auf vergoldete Kupferpads statt auf Aluminium, das Risiko erheblich, allerdings zu höheren Kosten. Betriebstemperaturen und Grenzen für thermische Wechselbelastung werden vorgegeben, um die Verbindungstemperatur unterhalb des Regimes zu halten, in dem Diffusion signifikant wird.
Weißer Belag bleibt ein hartnäckiges Problem in Altsystemen und kostensensibler Großserienproduktion, bei der Goldplattierung auf Aluminiumsubstraten aufgebracht wird. Moderne Hybrid- und IC-Montage verwendet eher Gold-Kupfer- oder Gold-Nickel-Kombinationen, um das Problem zu umgehen. Das Verständnis des Mechanismus ist für die Ausfallanalyse entscheidend: ein weißer Belag an einer fehlgeschlagenen Au-Al-Verbindung ist diagnostisch, nicht kosmetisch.