Гибкость многослойных керамических конденсаторов. Часть 2

автор Перевод: Сергей Шихов | |   Статьи А-КОНТРАКТ

При поддержке компании А-КОНТРАКТ в журнале «Технологии в электронной промышленности» № 6’2020 опубликована новая статья «Гибкость многослойных...

Далее

Гибкость многослойных керамических конденсаторов. Часть 1

|   Статьи А-КОНТРАКТ

При поддержке компании А-КОНТРАКТ в журнале «Технологии в электронной промышленности» № 6’2020 опубликована новая статья «Гибкость многослойных...

Далее

Оценка надежности реболлинговых BGA компонентов. Часть 1

автор Дж.Ли (J. Li)1, С.Поранки (S. Poranki)1, М.Эбтью (M. Abtew)2, Р.Киньяньюй (R. Kinyanjui)2, Ph.D., и К.Срихари (K. Srihari)1, Ph.D. |

РЕЗЮМЕ

Монтаж печатных плат (ПП) практически полностью завершил свой переход на бессвинцовый принцип производства. Этот переход привел к моральному устареванию свинцово-оловянных компонентов.

Однако, иногда процессы текущего производства или ремонта требуют SnPb компонентов, которые уже сложно достать. Использование бессвинцовых устройств в таких случаях может привести к проблемам с надежностью (из-за использования бессвинцовых компонентов на SnPb устройствах печатных плат). Эта проблема встает особенно остро с устройствами бессвинцовых BGA из-за относительно высокого объема бессвинцового сплава в окончательных паяных соединениях. Одно из возможных решений – вручную подсоединять бессвинцовые компоненты на рабочей станции. Так как этот процесс проводится вручную, он занимает много времени и трудно обеспечить воспроизводимость. Этот процесс обычно характеризуется достаточно высоким уровнем дефектов. Поэтому был введен процесс реболлинга BGA в качестве альтернативного решения для такого сценария, в котором бессвинцовые компоненты должны монтироваться на ПП, которые были изначально произведены с использованием SnPb процесса.

В данном исследовании выводы припоя SAC305 в бессвинцовых компонентах были заменены SnPb выводами. Были проведены серии тестов и инспекций, чтобы оценить надежность этих измененных компонентов (реболлинговые компоненты). После операции реболлинга, были измерены размеры выводов, и они показали «хорошую» размерную стабильность. Пустоты, которые были заявлены, как проблема в случае реболлинговых компонентов, были оценены с помощью рентгеновского исследования, и были оценены как не являющиеся проблемой. Испытание на сдвиг шариков, которое проводилось для механического тестирования паяных соединений для оценки силы реболлинговых паяных соединений, дало в результате хорошую силу паяных соединений. Микроструктура паяных соединений изучалась с помощью техники металлографии.  Было обнаружено, что толщина межповерхностного интерметалла (IMC) было на приемлемом уровне. Кроме того, после монтажа реболлинговых компонентов BGA, их корпуса были подвержены отбраковочным климатическим испытаниям (ESS), после чего были проведены тестирования целостности схем и функциональности. Никаких нарушений обнаружено не было. Поэтому было установлено, что реболлинговые компоненты показывают адекватную надежность без каких-либо ухудшений и могут быть удачным решением для таких «смешанных» систем.

ВВЕДЕНИЕ

Из-за ограничений, содержащихся в таких нормативных документах как RoHS (Правила ограничения содержания вредных веществ) и WEEE (Утилизация отходов производства электрического и электронного оборудования), некоторые материалы запрещены к использованию в электронных продуктах. Среди запрещенных материалов ключевым элементом для производства электроники является свинец, и его запрещение оказало огромное влияние на процесс производства [3]. В основном свинец использовался в паяльных пастах и паяных соединениях компонентов, таких как компоненты BGA. Для поверхностного монтажа использовалась эвтектическая паяльная паста, которая состоит из 63% Sn и 37% Pb, ее нужно было заменить на бессвинцовую версию, которая обычно состоит из 96.5% Sn, 3.0% Ag, 0.5%Cu или 95.5% Sn 4.0% Ag, 0.5%Cu.

Этот вынужденный переход на бессвинцовую технологию привел к стремительному замещению SnPb-корпусов в потребительской электронике [4]. Однако, для высоконадежных электронных устройств, все еще используется производство, базирующееся на SnPb. С одной стороны, допущения директивы RoHS Европейского союза позволяет производителям электронного оборудования высокой надежности соответствовать директиве, продолжая использовать текущие SnPb процессы производства до тех пор, пока надежные процессы бессвинцового производства не будут полностью проработаны. С другой стороны, до сих пор есть некоторые неопределенности по поводу надежности бессвинцовых продуктов для высоконадежных приложений [7]. Тестирование надежности, которое обычно проводилось для SnPb устройств, может не обеспечить всеобъемлющую картину для бессвинцовых устройств, а долгосрочная надежность все еще вызывает серьезную озабоченность. Соответственно, некоторые производственные компании продолжают использовать SnPb процессы для приложений высокой надежности.

С точки зрения перспектив поставщиков компонентов чтобы отвечать требованиям RoHS, а также с точки зрения экономии на логистике и издержках, они постепенно сокращают запасы свинцовых компонентов на складах, а некоторые из них полностью остановили производство SnPb компонентов и предоставляют только компоненты, соответствующие бессвинцовым требованиям RoHS. Когда SnPb совместимые компоненты станут полностью недоступны, производителям придется использовать бессвинцовые версии компонентов в рамках SnPb процесса монтажа. Бессвинцовые компоненты, установленные на печатную плату с использованием оловянно-свинцовой пасты, называют «устройства совместимые с прежними версиями» (обратно совместимые устройства). Значительное число исследований в отрасли фокусируются на разработке этого процесса смешанного монтажа. Однако, внедрение обратно совместимых процессов для многих производителей может быть очень непростым.

Процесс пайки без свинца со сплавами Sn/Ag/Cu (SAC) требует значительно более высоких температур пайки, чем при пайке SnPb, так как точка плавления SAC сплавов около 217°C. Следовательно, пиковая температура для монтажа может быть около 240-245°C, чтобы обеспечить должное формирование соединений. Однако, SnPb эвтектический привой плавится при 183°C и, соответственно, максимальная температура для некоторых SnPb совместимых компонентов составляет всего лишь около 230-240°C. Следовательно, чтобы полностью сплавить соединения бессвинцовых компонентов с SnPb для достижения гомогенной структуры, следует использовать повышенные температуры плавления или более длительное время выдержки. При этом эта стратегия может привести к повреждению свинцово-совместимых компонентов и печатных плат. Кроме того, использование высокотемпературного профиля вместе с SnPb пастой может создать другие проблемы, такие как образование пустот или перемычек.

Кроме сложности прямой установки бессвинцовых компонентов в систему SnPb монтажа, надежность таких смешанных соединений тоже вызывает вопросы. При комбинировании SnPb и SAC в процессе пайки создается новый сплав с существенным количеством Sn, Ag, Cu и Pb. Дальнейшее усложнение заключается в том, что степень сплавления SnPb и SAC очень зависит от пиковой температуры пайки и времени после расплавления (TAL). Кроме того, если пиковая температура недостаточно высока или TAL недостаточно длительно, паяные соединения могут сформировать два различных микроструктурных региона, где один из них будет состоять преимущественно из SnPb, а другой преимущественно из SAC. Все эти изменения микроструктуры паянных соединений могут оказать огромное влияние на прочность паяного соединения и сделать надежность таких смешанных систем совершенно непредсказуемой.

Другим вариантом монтажа бессвинцовых компонентов на печатную плату, которая содержит перевес SnPb устройств, является ручная установка бессвинцовых компонентов на рабочей станции. Относительно высокие температуры могут быть аккуратно применены в локальной зоне печатной платы, одновременно обеспечивая хорошее паяное соединение. Однако, из-за ручной природы этого процесса, оно требует времени и очень трудно обеспечить воспроизводимость.

Третий вариант – выполнить реболлинг BGA, что приобретает особое значение для  OEM-производителей, которые продолжают устанавливать на печатные платы большое количество бессвинцовых BGA компонентов [5]. Процесс реболлинга состоит из следующих пяти шагов: (i) удаление оригинальных шариков припоя; (ii) очистка площадки и удаление остатков припоя; (iii) нанесение паяльной пасты/флюса; (iv) выравнивание шариков на площадках; (v) пайка компонента.

Каждый шаг последовательности процесса реболлинга BGA должен выполняться при строгом контроле процесса из-за многочисленных и потенциальных возможностей повреждений (термических или механических). Для реболлинговых BGA компонентов должна быть проведена тщательная инспекция и оценка, чтобы решить, есть ли какое-либо ухудшение качества материалов и не возникли ли какие-либо проблемы с надежностью.

Цель данного исследования – оценить реболлинговые BGA компоненты, которые были переведены от бессвинцового к SnPb процессу, одновременно определяя, может ли реболлинговый компонент стать решением для таких ситуаций смешанного монтажа. В настоящей работе оригинальные бессвинцовые BGA были подвержены процессу реболлинга с SnPb шариками, и была проведена всесторонняя оценка качества реболлингового BGA как с точки зрения механической прочности, так и общей функциональности.

 

Источник: www.circuitinsight.com/pdf/reliability_assessment_reballed_bgas_smta.pdf

 

Назад