Für Unternehmen, die sich für die Pb-freie Ausnahmeregelung gemäß der RoHS-Richtlinie der Europäischen Union entscheiden und weiterhin Zinnblei herstellen (Sn-Pb) elektronische Produkte, Es besteht eine wachsende Besorgnis über das Fehlen eines Sn-Pb-Ballgitter-Arrays (BGA) Komponenten. Viele Unternehmen sind gezwungen, das bleifreie Sn-Ag-Cu einzusetzen (SACK) BGA-Bauelemente in einem Sn-Pb-Prozess, für die der Montageprozess und die Lötstellenzuverlässigkeit noch nicht vollständig charakterisiert wurden.
Eine sorgfältige experimentelle Untersuchung wurde durchgeführt, um die Zuverlässigkeit von Lötverbindungen von SAC-BGA-Komponenten zu bewerten, die unter Verwendung von Sn-Pb-Lötpaste gebildet wurden. Diese Bewertung befasste sich speziell mit den Auswirkungen der Verpackungsgröße, Lötkugel Volumen, Leiterplatte (PCB) Oberflächenveredlung, Zeit über Liquidus und Spitzentemperatur auf Zuverlässigkeit. Vier verschiedene BGA-Gehäusegrößen (von 8 zu 45 mm2) wurden mit Ball-to-Ball Pitch-Größen im Bereich von 0,5 mm bis 1,27 mm ausgewählt. Es wurden zwei verschiedene PCB-Oberflächen verwendet: chemisches Nickelimmersionsgold (STIMMEN ZU) und ein organisches Konservierungsmittel für die Lötbarkeit (OSP) auf Kupfer.
Es wurden vier verschiedene Profile entwickelt, wobei die maximalen Spitzentemperaturen von 210 °C und 215 °C und die Zeit über Liquidus reichen 60 zu 120 Sekunden mit Sn-Pb-Paste. Ein Profil wurde für eine bleifreie Kontrolle erstellt. Insgesamt 60 Bretter wurden zusammengebaut. Einige der Platten wurden einer Analyse im zusammengebauten Zustand unterzogen, während andere einer beschleunigten Temperaturwechselbeanspruchung unterzogen wurden (ATC) Test im Temperaturbereich von -40oC bis 125oC für maximal 3500 Zyklen gemäß IPC 9701A Standard.
Es wurden Weibull-Diagramme erstellt und eine Fehleranalyse durchgeführt. Die Analyse der zusammengebauten Lötverbindungen ergab, dass für eine Zeit über dem Liquidus von 120 Sekunden und darunter, der Mischungsgrad zwischen der BGA-SAC-Kugellegierung und der Sn-Pb-Lötpaste war geringer als 100 Prozent für Gehäuse mit einem Kugelabstand von 0,8 mm oder mehr. Je nach Paketgröße, Es wurde beobachtet, dass die Spitzen-Reflow-Temperatur einen signifikanten Einfluss auf die mikrostrukturelle Homogenität der Lötstelle hat.
Der Einfluss der Parameter des Reflow-Prozesses auf die Zuverlässigkeit der Lötverbindung wurde deutlich in den Weibull-Plots manifestiert. Dieses Papier enthält eine Diskussion über die Auswirkungen verschiedener Profile’ Eigenschaften über das Ausmaß der Vermischung zwischen SAC- und Sn-Pb-Lötlegierungen und die damit verbundene thermische zyklische Ermüdungsleistung….