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采用无底填料与角UNDERFILL无铅组件的热冲击和跌落测试性能

2016-12-26 13:45:45 「诺聚机电设备」 阅读

摘要

符合RoHS规范的无铅的转变是不可避免的。几个无铅合金,可在市场上,其可靠性一直是主要关注的问题。从这个实验研究结果的目的是使不同的无铅合金组合的比较。热冲击和跌落测试是本实验研究的一部分。
试验车辆考虑为这项研究包含了各种组件,如超芯片级封装(UCSP )的,包上封装(PoP ) ,塑料栅阵列( PBGA -676 & 1156 ) ,非常薄的芯片阵列BGA ( CVBGA ) ,薄小外形封装( TSOP- 40& 48 ) ,双排微引线框架( DRMLF ) ,微引线框架( MLF- 36& 72 ) ,和芯片电阻器( 0201 , 0402 , 0603 ) 。本文的范围仅限于绩效考核的唯一区域阵列封装。锡球合金组合为区域阵列封装包括SAC305 , SAC405 , SAC105和斯纳格。用于组装的焊膏是SAC305与3型粒度。三种不同的PCB表面处理,化学镀镍浸金( ENIG ) ,锡铅热风焊料水平( HASL) ,和浸银( ImAg表面)的使用。不同焊料球合金和表面光洁度的组合将提供良好的比较数据调查的装配性能。
初步研究已经进行了在受到机械冲击的作为焊接的条件,并在200和500的热冲击循环在-55至125 ? C.印刷电路板组件机械冲击试验是通过从3英尺的高度使该组件,以30滴周期进行。每下降周期后的菊花链被检查的连续性焊点评价。滴在第一菊花链失效的数目是用于分析所述焊点的性能。

由于每个组件有许多独立的菊花链,其后在确定故障的位置和它的进展中使用的个人菊花链的失败。初步调查显示一致的失败归因于导致焊点应变时,受到的冲击事件的PCB弯曲的区域阵列组件的角落菊花链。
初步结果显示的SnAg合金焊料球被执行比SAC 305和405合金在无足量条件更好,不论在PCB完成的。经过200次循环的热冲击的UCSP显示在跌落测试中明显的改善,但被发现后500次热冲击的失败。 PoP的组合后,发现生存的所有30滴用于PCB表面的所有组合。本文将提供这些研究结果,包括与拐角底部填充组件进行调查结果的详细分析。

 

引言
用的无铅的出现是必不可少的,以评估几种可能的合金组合并选择最合适的替代铅基焊料。表面贴装技术(SMT )铅被广泛应用于元器件,焊膏和电路板的表面光洁度,从而消除铅会涉及更改整个装配过程。一个完整的无铅化过渡需要仔细修改几个工艺参数。任何无铅合金代替含铅焊料应与资格要求,如熔点低,充足的润湿特性,可比成本,一致的可制造性(在组件级和板级) ,实用性广,可接受的可靠性,易于再加工和可修复性等[ 1 ] 。
可在市场上几种可能的组合为无铅。最常用的无铅焊膏是SAC305 。在这个家庭许多合金通常具有熔点范围为217 ° C至222 °C。无铅焊料凸点包含的组合,如SAC105 , SAC305 , SAC405 ,抽丝,等。选择无铅焊料凸点,无铅焊膏的组合将决定该组件的可靠性。
今天的手持设备受到许多的应力,因此,要求他们必须加强机械强度。对机械应变,如冲击,跌落和振动焊点的卓越保护,底部填充技术,应予采纳。底部填充技术的目的是确保组装在印刷电路板的面积阵列封装能够承受机械及热冲击[2]。为了防止焊点应变在拐角球就决定把底部填充只有四角的包。
元件的小型化与小球直径造成过度的焊点可靠性更大的关注。这可以归因于低分量支座和大的金属间焊锡球比时相比,标准面积阵列封装。这项研究将提供不同的锡球材料时,与SAC305锡膏装配三种不同的PCB表面处理的性能有很好的理解。 PCB组装件无底胶将与拐角底部填充组件进行比较。

背景研究
包如CSP和BGA ,特别是那些在手持设备需要高度的可靠性。由于这些设备都暴露在高于正常压力毛细流动底部填充胶是材料的选择[ 3 ] 。毛细管底部填充胶是旨在通过毛细作用的成分在流动低粘度液体。底部填充应用接近组件,使毛细管力充斥元件和电路板[ 4 ]之间的差距的边缘。
衬底温度可以非常有效地被用来控制底部填充的模下的流动。流速和润湿到包装表面能,如果基材被预热的提高。典型的预热温度范围从40℃至90℃ ,这取决于封装的几何形状和所使用的密封剂[5]。
很多掌柜都可以用加热器预热含底部填充材料的注射器。注射器加热可以降低底部填充胶的粘度,以提供更方便,更精确点胶。粘度都设计得足够低,以使精确分配不加热助剂[6]。
二元合金系统的SnAg已被广泛研究,在过去的各种原因。这种合金已用于工业领域已有多年的模块组装。这种合金的可靠性媲美的SnPb共晶合金,和斯纳格和SAC合金之间的主要区别在于增加了铜的,它通过4℃下降低熔融温度SAC合金已被认为是最有可能的替代物的SnPb 。 iNEMI的,国际锡研究所( ITRI) ,贸易和工业部欧洲(DTI ) , JEIDA都建议国资委是为电子装配主流的无铅合金[ 7 ] 。

底部填充胶本来是要保护焊点,使最终产品使用寿命更长。以往的研究表明,对于某些应用底部填充可能会导致热循环衰竭比,如果没有底部填充是用在所有的越快。为了热和机械条件下实现更高的可靠性,底部填充材料的特性需要的包的类型和其目标环境进行优化[8]。
手持式电子设备易于在其寿命被丢弃[9]。这些液滴可导致这些焊点的开裂。因而,研究了无铅焊点的跌落测试的可靠性是非常重要的。过去的实验研究已经指出,一个SAC合金相比,低银含量的合金表现不佳,也有人提到,封边提高了焊点的寿命[ 9 ] 。本实验研究具有不同的无铅合金焊料球和表面光洁度的,因此将被证明是有益的关联结果。与拐角底部填充面阵列封装绩效评估会相比无底部填充。



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