Влияние смешанных металлов на надежность устройств

И коммерческие, и военные устройства подвергаются влиянию этих изменений, хотя считается, что военные устройства освобождены от требований RoHS. С тех пор, как сеть поставок сместилась в сторону бессвинцовых припоев, оба рынка вынуждены принять это влияние и выработать стратегии по снижению рисков, связанные с этим изменением. Данный доклад анализирует эффект от использования смешения свинцовых и бессвинцовых припоев на устройства BGA и то, какое влияние он оказывает на надежность устройств. В исследование были включены три основных размера корпусов BGA для определения изменения рисков при уменьшении размера. Был применен металлургический анализ с использованием поперечных разрезов и SEM для изучения сплавов олово/свинец и олово/серебро/медь и по отдельности, и в их комбинации. MIL-STD-883 метод 1010.8 температурного цикла был применен для ускорения усталостной долговечности образцов, тестирования этих образцов было проведено с регулярными интервалами, используя тестер матричного контактного поля. Различные температуры пайки были использованы во время монтажа различных комбинаций сплавов. Также в качестве стратегии по снижению рисков было изучено недозаполнение смонтированных BGA.

Введение

Устройства BGA на сегодня являются самыми распространенными интегральными схемами. Процессоры, управляющие микросхемы, память, переключатели и др. – только очень немногие устройства, если таковые вообще существуют, разработанные сегодня, не имеют хотя бы одного корпуса BGA на плате. Первичной целью нашего эксперимента была оценка влияния использования свинцового припоя и бессвинцового BGA вместе в системе пайки, сопоставимого с тем, что сегодня используется в сборочных цехах. Когда смешиваешь два различных сплава, которые имеют две различные температуры плавления, существует возможность неравномерности окончательных паяных соединений, что может негативно сказаться на надежности устройства.

Смешение различных систем сплавов припоя достаточно распространено, так как многие военные и космические разработки все еще заявляют свинцовый припой, хотя во многих из них используются BGA, которые доступны на рынке только в безсвинцовой версии. Некоторые компании удаляют из этих BGA безсвинцовый припой и заменяют его на свинцовый. Эта стратегия достаточно широко применялась в отрасли, но она увеличивает издержки и время производства, при этом обладает своим набором потенциальных воздействий на надежность, которых мы не будем касаться в данном докладе. Данное исследование также оценивает влияние различных пиковых температур пайки на окончательный сплав припоя и как это влияет на надежность. Три наиболее распространенных размера BGA – 1,0 мм, 0,8 мм и 0,5 мм были внесены в матрицу эксперимента для оценки того, оказывает ли какой-либо эффект большее воздействие на определенный размер, чем на другой. Также в данном эксперименте было изучено недостаточное заполнение в качестве потенциально возможной стратегии улучшения надежности как для однородного, так и для смешанного сплавов припоя.