Влияние остатков оксидов на дефект пайки BGA "голова на подушке" (HiP)

Краткое содержание

Оксидные слои известны как ингибиторы смачивания при металлизации компонентов и печатных плат. Оксид действует как барьер, предотвращающий диффузию олова. Кроме того, в исследованиях коррозии известна роль остатков солей с ионами Cl на некоторых металлах как стимуляторов окисления или коррозии. С другой стороны, большинство исследований коррозии при металлизации оловом сосредоточены в основном на коррозионной стойкости оловянных сплавов, но мало что было сделано в отношении влияния солей на смачивание металлизацией олова.

В этой статье описана серия экспериментов, чтобы выяснить влияние конкретно NaCl на смачивание BGA и появлением дефекта пайки «голова на подушке» (HiP). Он возникает, когда шарик припоя на выводе BGA не прижимается к контактной площадке во время процесса оплавления. Это приводит к ситуации, когда шарик припоя может соприкасаться, но не прилипать к контактной площадке. Электрические сигналы могут быть прерывистыми, и рассеивание тепла будет нарушено.

Старение компонентов проводилось в соответствии с процедурой J-STD 002C, при которой компоненты подвергаются воздействию небольшого количества водяного пара в течение нескольких часов. В качестве модификации процедуры в воду, образующую пар, добавляли NaCl в различных концентрациях. Результаты показывают, что чем больше время воздействия пара, тем больше дефектов HiP получается.

Кроме того, чем выше концентрация NaCl в воде, тем также чаще обнаруживается дефект HiP. В заключение можно сказать, что присутствие NaCl может препятствовать смачиванию олова при наличии соответствующих энергетических и экологических условий. Один интересный факт произошел при анализе BGA с помощью SEM/EDX; присутствие NaCl не было обнаружено на границе раздела припой/шарик BGA, но было обнаружено на его краях. Этот можно объяснить тем, что флюс для припоя пытается удалить загрязнения с поверхности раздела, помещая их вокруг границы раздела шарик/припой. Кроме того, концентрация кислорода на шариках BGA, проанализированных с помощью SEM, увеличилась незначительно или вообще не увеличилась, что указывает на то, что увеличение содержания оксидов не может быть обнаружено с помощью этого типа анализа. По этой причине анализ TOF SIMS был перенесен, показав увеличение содержания оксида на поверхности олова.

Выводы

Присутствие NaCl при определенных условиях может привести к уменьшению смачивания шариков припоя BGA. В этой статье были представлены 3 DOE (Design of experiments) вместе с их результатами. Для первого DOE присутствие посторонних элементов, таких как Na, Cl, Mg и Ca, существенно снижает смачивание шариков припоя. Было создано несколько дефектов HiP. Во втором исследовании мы уменьшили количество посторонних материалов и избирательно использовали только NaCl для загрязнения шариков припоя. Результаты показали, что HiP все еще создаются.

Интересный факт: при анализе шариков припоя с помощью SEM/EDX концентрация NaCl на поверхностях шариков припоя не однородна, а распределена случайным образом. Кроме того, шарики припоя с низкой концентрацией NaCl по-прежнему создают BGA HiP. В окончательном DOE мы дополнили его дополнительными и промежуточными концентрациями NaCl. Результаты завершили ряд созданных HiP от компонентов только с одним HiP до компонентов, в которых большинство шаров имеет HiP. Основной вывод заключается в том, что существует прямая связь между количеством NaCl в компоненте металлизации и проблемами несмачивания. Конечно, одного только присутствия NaCl недостаточно, для проявления эффекта необходимы также энергия и время.

СКАЧАТЬ

Авторы:

J. Servin, C. Gomez, M. Dominguez, A. Aragon
CONTINENTAL CUAUTLA
Morelos, Mexico

• 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)