Dla firm, które zdecydują się na zwolnienie bez Pb zgodnie z dyrektywą RoHS Unii Europejskiej i nadal produkują cynę-ołów (Sn-Pb) produkty elektroniczne, istnieje coraz większe zaniepokojenie brakiem siatki z kulkami Sn-Pb (BGA) składniki. Wiele firm jest zmuszonych do stosowania Sn-Ag-Cu niezawierającego ołowiu (WOREK) Elementy BGA w procesie Sn-Pb, dla których proces montażu i niezawodność połączenia lutowanego nie zostały jeszcze w pełni scharakteryzowane.
Przeprowadzono dokładne badania eksperymentalne w celu oceny niezawodności połączeń lutowniczych elementów SAC BGA formowanych przy użyciu pasty lutowniczej Sn-Pb. W ocenie tej w szczególności skupiono się na wpływie rozmiaru opakowania, objętość kulki lutowniczej, płytka drukowana (PCB) wykończenie powierzchni, czas powyżej likwidusu i temperatura szczytowa na niezawodność. Cztery różne rozmiary obudów BGA (począwszy od 8 do 45 mm2) zostały wybrane z podziałką między kulkami w zakresie od 0,5 mm do 1,27 mm. Zastosowano dwa różne wykończenia PCB: Bezprądowe złoto zanurzeniowe w niklu (ZGADZAĆ SIĘ) i organiczny środek konserwujący lutowność (OSP) na miedzi.
Opracowano cztery różne profile z maksymalnymi temperaturami szczytowymi 210oC i 215oC oraz czasem powyżej likwidusu w zakresie od 60 do 120 sekund przy użyciu pasty Sn-Pb. Wygenerowano jeden profil dla kontroli bezołowiowej. W sumie 60 zmontowano deski. Niektóre płyty poddano analizie po zmontowaniu, inne natomiast poddano przyspieszonym cyklom termicznym (ATC) testować w zakresie temperatur od -40oC do 125oC przez maksymalnie 3500 cykli zgodnie z normą IPC 9701A.
Utworzono wykresy Weibulla i przeprowadzono analizę uszkodzeń. Analiza zmontowanych złącz lutowanych wykazała, że przez pewien czas powyżej likwidusu 120 sekundy i poniżej, stopień wymieszania stopu kulkowego BGA SAC z pastą lutowniczą Sn-Pb był mniejszy niż 100 procent dla opakowań o skoku kulki 0,8 mm lub większym. W zależności od wielkości opakowania, Zaobserwowano, że szczytowa temperatura rozpływu ma znaczący wpływ na jednorodność mikrostruktury złącza lutowanego.
Wpływ parametrów procesu rozpływu na niezawodność połączenia lutowanego wyraźnie uwidocznił się na wykresach Weibulla. W artykule omówiono wpływ różnych profili’ charakterystykę stopnia zmieszania stopów lutowniczych SAC i Sn-Pb oraz związaną z tym odporność na zmęczenie cykliczne….