Выводы и заключения
Пять бессвинцовых припоев на двух поверхностных покрытиях ПП были оценены на надежность в тесте на падение с двумя различными объемами паяного соединения (LGA и BGA). Были выполнены несколько экспериментальных наблюдений с использованием специально разработанной тестовой печатной платы для провоцирования нарушений паяных соединений при падении (например, плата с площадками с паяльной маской).
Тестирование с повторяющимся шоком падения приводит к возникновению четырех основных типов нарушений межсоединений: нарушение тела припоя, нарушение межслойного IMC, смешанное нарушение IMC/припоя и образование лунок/трещин в площадке. Различные тенденции по типам нарушений наблюдались для LGA и BGA соединений. Поверхностное покрытие платы также играет роль в определении типа нарушения. На поверхностном покрытии Cu-OSP со сплавом SAC305 BGA соединения показали по большей части образование лунок/трещин в площадке, тогда как соединения BGA других сплавов в основном показывали смешанные нарушения IMC/припоя. На поверхностном покрытии ImmAg результаты были прямо обратными: BGA соединения SAC305 показали смешанные нарушения IMC/припоя, тогда как другие сплавы по большей части создавали трещины площадки.
LGA соединения на поверхностном покрытии Cu-OSP производили в основном нарушения тела припоя. Однако на покрытии ImmAg, LGA соединения производили примеры всех четырех типов нарушений, причем сплавы с более низким содержанием серебра имели тенденцию к большему нарушению тела припоя. Для соединений BGA на ImmAg сплавы с более низким содержанием серебра были больше склонны к образованию трещин площадки. В целом на покрытии ImmAg превалировало образование трещин площадки.
Из пяти протестированных бессвинцовых сплавов припоя, наилучшие результаты показал SAC305 или близко к тому для всех экспериментальных условий (покрытие платы и объем паяного соединения). SN99CN в целом занял второе место по результата теста на падение, очень близко к нему оказался SN100C. Учитывая интегральное вовлечение материала покрытия в процесс теста на падение, эти наблюдения и выводы должны учитываться только применимо к материалу покрытия и использованному дизайну площадки. Если более прочное покрытие будет подавлять механизм образования трещин площадки, то будут наблюдаться больше повреждений припоя и межслойного покрытия, возможно изменится и все относительные результаты этих сплавов.
Благодарности
Данное исследование было проведено благодаря интересу компаний-участников Консорциума AREA на базе Universal Instruments Corporation. Авторы выражают огромную благодарность консорциуму, выделившему средства на проведение этого исследования.
Ссылки
1. Farris, A., et al, “Impact Reliability of Edge- Bonded Lead-Free Chip Scale Packages,” Microelectronics Reliability, Vol. 49, Issue 7, 2009.
2. Karppinen, J., et al, “Shock impact reliability characterization of a handheld product in accelerated tests and use environment,” Microelectronics Reliability, Vol. 52, Issue 1, 2012.
3. Suh, Daewoong, et al, “Effects of Ag content on fracture resistance of Sn–Ag–Cu leadfree solders under high-strain rate conditions,” Mater Sci Eng A, Vol. 460–461, 2007.
4. Mattila, T.T. and Kivilahti, J.K., “Failure Mechanisms of Lead-Free Chip Scale Package Interconnections under Fast Mechanical Loading,” Journal of Electronic Materials, Vol. 34, Issue 7, 2005.
5. Syed, A., et al, “Alloying effect of Ni, Co, and Sb in SAC solder for improved drop performance of chip scale packages with Cu OSP pad finish,” Proc. Electronic Components and Technology Conference, 2006.
6. Roggeman, B., “Comparison of Drop Reliability of SAC105 and SAC305 on OSP and ENIG Pads,” Unovis Area Array Consortium, 2007.
7. Mattila, T.T., et al, “The Reliability of Microalloyed Sn-Ag-Cu Solder Interconnections under Cyclic Thermal and Mechanical Shock Loading,” Journal of Electronic Materials, Vol. 43, Issue 11, 2014.
8. Zhou, T. and Fan, X., “Effect of System Design and Test Conditions on Wafer Level Package Drop Test Reliability,” SMTA International Proceedings, 2013.
9. Luan, J., et al, “Dynamic responses and solder joint reliability under board level drop test,” Microelectronics Reliability, 2007.
10. An, T. and Qin, F., “Effects of the intermetallic compound microstructure on the tensile behavior of Sn3.0Ag0.5Cu/Cu solder joint under various strain rates,” Microelectronics Reliability, 2014.
11. JEDEC solid state technology association, “Board Level Drop Test Method of Components for Handheld Electronic Products,” 2003.
12. Lall, P., et al, “Transient Dynamics Model and 3D-DIC Analysis of New-Candidate for JEDEC JESD22-B111 Test Board,” Proc. Electronic Components and Technology Conference, 2014.
13. Liu, F., et al, “Experimental and numerical analysis of BGA lead-free solder joint reliability under board-level drop impact,” Microelectronics Reliability, 2008.
14. Joshi, Gaurang, Arfaei, Babak, “Effect of Solder Alloy on Drop Test Performance of LGAs and BGAs,” AREA Consortium Report, 2014.
Данное исследование было проведено под покровительством консорциума Advanced Research in Electronics Assembly (AREA). Данный отраслевой консорциум был создан корпорацией Universal Instruments Corporation в ранние годы поверхностного монтажа для работы с проблемами производства и надежности с помощью тщательных научных исследований. Используя уникальную операционную модель данное исследование выполнено в лаборатории Universal process laboratory профессиональными исследователями. Исследование имеет производственный масштаб инструментария электронного монтажа, полный набор аналитических возможностей и надежное тестовое оборудование, управляемое профессиональным штатом. AREA консорциум продолжает оставаться актуальным и релевантным за счет активного вклада его многочисленных компаний – участников. Поэтому он всегда открыт к новым членам с новыми задачами монтажа и вопросами надежности. Для дополнительной информации связывайтесь с Денисом Барбини (Denis Barbini) barbini@uic.com.
Источник: SMTA International, 2016.
