В статье представлено исследование надежности бессвинцовых припоев с низким содержанием серебра после испытаний на термоциклирование.Краткое содержание
Sn3.0Ag0.5Cu (SAC305) в настоящее время является наиболее популярным почти эвтектическим бессвинцовым сплавом, используемым в производственных процессах пайки. За последние несколько лет цена на серебро резко возросла, что вызвало потребность в поиске альтернативных сплавов с более низким содержанием серебра.
В результате в промышленности значительно увеличилось количество альтернативных бессвинцовых припоев с низким содержанием серебра или без него. Наше предыдущее исследование показало, что многие альтернативные материалы для паяльной пасты с низким содержанием серебра имеют хорошие характеристики печати и смачивания по сравнению с паяльной пастой SAC305. Тем не менее, отсутствует информация о надежности соединений припоя из альтернативных сплавов, собранных с использованием альтернативных паст с низким содержанием серебра. В этой статье мы представим исследование надежности соединений бессвинцовой пайки, оплавленных с использованием различных бессвинцовых припоев, после испытаний на термоциклирование (3000 циклов, от 0°C до 100°C). Были исследованы шесть различных бессвинцовых паст. В качестве контроля использовались паяные соединения SAC305. Также были включены паяльные пасты с низким содержанием серебра и без серебра, а также низкотемпературные паяльные пасты SnBiAg.
Выводы
Нет существенной разницы в толщине интерметаллического слоя паяных соединений, собранных с использованием SAC305 и других альтернативных высокотемпературных паст с низким содержанием серебра и свинца (SAC0307, SnCuNi, материал C, материал D). В целом, толщина IMC этих материалов немного увеличилась после испытания термическим циклом, но изменение было незначительным. Толщина IMC паяных соединений SnBiAg после процесса оплавления обычно меньше, чем у жаропрочных бессвинцовых сплавов. Слой IMC паяных соединений SnBiAg вырос во время испытаний термическим циклом до такой же толщины IMC, что и у других бессвинцовых сплавов. Установлено, что толщина и состав интерметаллидных слоев не влияют на надежность паяного соединения при проведении термоциклических испытаний.
Термическая надежность альтернативного бессвинцового паяного соединения варьировалась в зависимости от типа корпуса и размера компонента. В нашем исследовании этот фактор повлиял на термическую надежность паяного соединения больше, чем влияние состава сплава паяльной пасты. Резисторы 2512 вышли из строя первыми по сравнению с другими протестированными компонентами. Полный выход из строя и сильное растрескивание наблюдались у большинства резисторов 2512 после 3000 тепловых циклов (от 0 до 100°С). Полного выхода из строя мелких компонентов микросхем, таких как компоненты 0603, 0402, 0201, после тестирования не наблюдалось.
Серьезное растрескивание и некоторые отказы также наблюдались для BGA196, BGA228, BGA97 и QFN88 после испытаний термическим циклом. В компонентах BGA1156, BGA64, QFN32, QFP208 и QFP100 были обнаружены незначительные трещины и отказы. В целом, паяные соединения, собранные с использованием паяльных паст SAC305, по-прежнему работают лучше, чем паяльные пасты с низким содержанием серебра. Неожиданно низкотемпературное паяное соединение SnBiAg показало хорошие результаты после испытания на термический цикл, когда это был единственный сплав в паяном соединении. Когда SAC 305 BGA оплавлялся пастами SnBiAg, было замечено больше дефектов и отказов. Необходимо провести дальнейшее исследование надежности для альтернативных материалов паяльной пасты из бессвинцового сплава.
Авторы:
Jennifer Nguyen, David Geiger and Murad Kurwa
Flextronics International, Milpitas, CA, USA
- Надежность оловянно-свинцового припоя по сравнению с бессвинцовым припоем
- CTE и проблемы с надежностью паяных соединений
- Охрупчивание золота в паяных соединениях
Первоначально опубликовано в Протоколах МПК (The IPC Proceedings)