For virksomheder, der vælger at tage den Pb-fri undtagelse i henhold til Den Europæiske Unions RoHS-direktiv og fortsætter med at fremstille tin-bly (Sn-Pb) elektroniske produkter, der er en voksende bekymring over manglen på Sn-Pb kuglegitter (BGA) komponenter. Mange virksomheder er tvunget til at bruge den Pb-frie Sn-Ag-Cu (SAC) BGA-komponenter i en Sn-Pb-proces, for hvilke monteringsprocessen og loddeforbindelsens pålidelighed endnu ikke er fuldt karakteriseret.
En omhyggelig eksperimentel undersøgelse blev foretaget for at evaluere pålideligheden af loddeforbindelser af SAC BGA-komponenter dannet ved hjælp af Sn-Pb loddepasta. Denne evaluering så specifikt på virkningen af pakkestørrelse, loddekuglevolumen, printplade (PCB) overfladefinish, time above liquidus and peak temperature on reliability. Four different BGA package sizes (ranging from 8 til 45 mm2) were selected with ball-to-ball pitch size ranging from 0.5mm to 1.27mm. Two different PCB finishes were used: electroless nickel immersion gold (ENIG) and organic solderability preservative (OSP) on copper.
Four different profiles were developed with the maximum peak temperatures of 210oC and 215oC and time above liquidus ranging from 60 til 120 seconds using Sn-Pb paste. One profile was generated for a lead-free control. A total of 60 boards were assembled. Some of the boards were subjected to an as assembled analysis while others were subjected to an accelerated thermal cycling (ATC) test in the temperature range of -40oC to 125oC for a maximum of 3500 cycles in accordance with IPC 9701A standard.
Weibull-plot blev oprettet og fejlanalyse udført. Analyse af samlet loddesamlinger afslørede, at for en tid over liquidus af 120 sekunder og derunder, graden af blanding mellem BGA SAC kuglelegeringen og Sn-Pb loddepastaen var mindre end 100 procent for pakker med en kuglestigning på 0,8 mm eller mere. Afhængig af pakkestørrelse, peak reflow-temperaturen blev observeret at have en signifikant indflydelse på loddeforbindelsens mikrostrukturelle homogenitet.
Indflydelsen af reflow-procesparametre på loddeforbindelsens pålidelighed kom tydeligt til udtryk i Weibull-plotsene. Denne artikel giver en diskussion om virkningen af forskellige profiler’ karakteristika for omfanget af blanding mellem SAC og Sn-Pb loddelegeringer og den tilhørende termiske cykliske træthedsydelse….