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. Many companies are compelled to use the Pb-free Sn-Ag-Cu (SAC) BGA components in a Sn-Pb process, for which the assembly process and solder joint reliability have not yet been fully characterized.
A careful experimental investigation was undertaken to evaluate the reliability of solder joints of SAC BGA components formed using Sn-Pb solder paste. This evaluation specifically looked at the impact of package size, solder ball volume, płytka drukowana (PCB) surface finish, time above liquidus and peak temperature on reliability. Four different BGA package sizes (ranging from 8 do 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.
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….