Wróć

Testy niezawodności alternatywnych past bezołowiowych

Artykuł przedstawia testy niezawodności termicznej sześciu alternatywnych wobec SAC305 stopów, a testy przeprowadził nie kto inny, jak sam Flextronics.
Opublikowano: 2021-08-25

Sn3.0Ag0.5Cu (SAC305) jest obecnie najpopularniejszym niemal eutektycznym stopem bezołowiowym, stosowanym w procesach produkcyjnych. Jednak, w ciągu ostatnich kilku lat cena srebra dramatycznie wzrosła, generując zapotrzebowanie na alternatywne stopy o niższej zawartości stopów srebra.

W rezultacie obserwuje się znaczny wzrost liczby alternatywnych bezołowiowych stopów lutowniczych o niskiej zawartości srebra lub nawet całkowicie bez tego składnika. Poprzednie badania wykazały, że wiele alternatywnych past lutowniczych o niskiej zawartości srebra miało dobrą wydajność drukowania i dobre właściwości zwilżania w porównaniu z SAC305. Brakowało jednak informacji na temat niezawodności połączeń lutowanych dla alternatywnych stopów o niskiej zawartości srebra - zespół naukowców z Flextronics International przeprowadził i przedstawił w rozbudowanym artykule badanie niezawodności złączy. Zbadano sześć różnych past bezołowiowych za pomocą testu cykli termicznych (3.000 cykli, od 0 do 100°C), a jako baza porównania posłużył oczywiście SAC305. W zestawie badanych stopów znalazły się pasty lutownicze o niskiej zawartości srebra oraz pasty lutownicze niskotemperaturowe SnBiAg – szczegóły dotyczące konkretnych stopów zamieściliśmy w ramce obok.

Całość testu naukowcy Flex’a drobiazgowo opisali w artykule dostępnym tutaj.  

Wnioski

Po pierwsze, badacze stwierdzili, iż nie ma znaczącej różnicy w grubości warstwy międzymetalicznej złączy utworzonych za pomocą SAC305 i innych alternatywnych bezołowiowych past lutowniczych. Ogólnie grubość warstwy intermetalicznej tych materiałów nieznacznie wzrosła po przeprowadzeniu testów cyklu termicznego, jednak zmiana ta była nieznaczna. Grubość warstwy intermetalicznej złączy utworzonych za pomocą SnBiAg po lutowaniu rozpływowym była zwykle cieńsza niż w przypadku wysokotemperaturowych stopów bezołowiowych. Warstwa intermetaliczna złączy lutowanych SnBiAg urosła podczas testów cyklu termicznego do podobnej grubości jak w przypadku innych stopów bezołowiowych. Jednak, zarówno grubość jak i skład warstwy międzymetalicznych nie zostały określone przez zespół opracowujący test jako mające wpływ na niezawodność połączenia podczas testów cyklu termicznego.

Pęknięcia odkryte w przypadku QFN88 w złączu wykonanym SnBiAg © Flex

Niezawodność alternatywnych past lutowniczych zbadana za pomocą testu termicznego różniła się natomiast w zależności od typu obudowy oraz rozmiaru elementu. W omawianym badaniu ta właśnie zmienna wpłynęła na niezawodność termiczną złącza lutowniczego bardziej niż sam skład stopu.  Rezystory 2512 uległy awarii jako pierwsze w porównaniu z innymi testowanymi komponentami. Po 3.000 cykli termicznych (od 0°C do 100°C) w przypadku dla większości rezystorów 2512 rezystorów stwierdzono całkowitą niezdolność do pracy oraz liczne pęknięcia lutu. Natomiast w przypadku niewielkich komponentach typu chip - takich jak komponenty 0603, 0402, 0201 - po testach nie zaobserwowano ich awarii.  

Po testach cyklu termicznego zaobserwowano również poważne pęknięcia i awarię w przypadku komponentów BGA196, BGA228, BGA97 i QFN88. W przypadku komponentów BGA1156, BGA64, QFN32 oraz QFP208 i QFP100 zaobserwowano niewielkie pęknięcia, które nie spowodowały jednak awarii.

Podsumowując autorzy stwierdzają, iż złącza lutowane wykonane za pomocą SAC305 spisywało się lepiej niż pasty lutownicze o niskiej zawartości Ag. Nieoczekiwanie, niskotemperaturowe złącze lutowane SnBiAg spisało się bardzo dobrze w teście cyklu termicznego, jednak tylko wtedy, gdy tylko ten stop tworzył złącze. [tj. był obecny na kulkach i na padzie]. Łącząc w jednym złączu SAC305 oraz SnBiAg, zespół Flex’a zaobserwował więcej defektów i awarii. Jako podsumowanie swoich prac, zespół stwierdza, iż należy przeprowadzić dalsze badania niezawodności dla alternatywnych past bezołowiowych.

Zródło: ‘Reliability Study of Low Silver Alloy Solder Pastes’ © Flextronics International

Autorzy: Jennifer Nguyen, David Geiger and Murad Kurwa

https://amb.pl/
https://amb.pl/