Za tvrtke koje odluče prihvatiti izuzeće bez Pb-a prema RoHS Direktivi Europske unije i nastave proizvoditi kositar-olovo (Sn-Pb) elektronički proizvodi, postoji sve veća zabrinutost zbog nedostatka Sn-Pb rešetkastog niza kuglica (BGA) komponente. Mnoge tvrtke su prisiljene koristiti Sn-Ag-Cu bez Pb-a (SAC) BGA komponente u Sn-Pb procesu, za koje postupak montaže i pouzdanost lemljenog spoja još nisu u potpunosti karakterizirani.
Provedeno je pažljivo eksperimentalno istraživanje kako bi se procijenila pouzdanost lemljenih spojeva SAC BGA komponenti formiranih korištenjem Sn-Pb paste za lemljenje. Ovo ocjenjivanje posebno je promatralo utjecaj veličine paketa, volumen kuglice za lemljenje, isprintana matična ploča (PCB) završna obrada površine, vrijeme iznad likvidusa i vršna temperatura na pouzdanost. Četiri različite veličine BGA paketa (u rasponu od 8 do 45 mm2) odabrane su s veličinom koraka između loptica u rasponu od 0,5 mm do 1,27 mm. Korištena su dva različita završna obrada PCB-a: bezelektrično nikl imerzijsko zlato (SLAŽEM SE) i organski konzervans za lemljenje (OSP) na bakru.
Razvijena su četiri različita profila s maksimalnim vršnim temperaturama od 210oC i 215oC i vremenom iznad likvidusa u rasponu od 60 do 120 sekundi pomoću Sn-Pb paste. Jedan profil je generiran za kontrolu bez olova. Ukupno 60 montirane su ploče. Neke od ploča podvrgnute su analizi sastavljenih dok su druge podvrgnute ubrzanom toplinskom ciklusu (ATC) testirati u temperaturnom rasponu od -40oC do 125oC za maksimalno 3500 ciklusa u skladu sa standardom IPC 9701A.
Izrađeni su Weibullovi dijagrami i izvršena analiza kvarova. Analiza već montiranih lemljenih spojeva otkrila je da je neko vrijeme iznad likvidusa od 120 sekundi i niže, stupanj miješanja između BGA SAC kuglične legure i Sn-Pb paste za lemljenje bio je manji od 100 postotak za pakete s kugličnim korakom od 0,8 mm ili većim. Ovisno o veličini pakiranja, Uočeno je da vršna temperatura reflowa ima značajan utjecaj na mikrostrukturnu homogenost lemljenog spoja.
Utjecaj parametara procesa reflow na pouzdanost lemljenih spojeva jasno se očitovao u Weibullovim dijagramima. Ovaj rad daje raspravu o utjecaju različitih profila’ značajke o stupnju miješanja između SAC i Sn-Pb lemnih legura i pridružene karakteristike toplinskog cikličkog zamora….