LMPA-Q nowatorskie podejście do problemu pustek lutowniczych

---

Wstęp

Zjawisko pustek zostało już wszechstronnie zbadane i zostały one podzielone zarówno ze względu na typ jak i mechanizm powstawania. Najbardziej powszechne są makropustki, za powstawanie których odpowiedzialny jest głównie topnik stosowany w paście lutowniczej. Udokumentowane zostały również mikropustki oraz pustki Kirkendalla, ale nie będą one przedmiotem tego artykułu. Na przestrzeni lat opracowano wiele sposobów celujących w zminimalizowanie powstawania pustek. Eksperymentuje się z pastami lutowniczymi, profilem ich rozpływu, próbuje sie selekcjonować i dobierać odpowiednie komponenty, udoskonala projekty i materiały PCB oraz przeprojektowuje szablony. Do akcji wkroczyli również producenci urządzeń oferując opcje procesu próżniowego lub procesy mikro-wibracyjne w piecach rozpływowych. Fot.1-2: różne poziomy pustek

Stop lutowniczy: zaskakujący winowajca

Za głównego winowajcę odpowiedzialnego za fenomen postawania pustek przez lata uchodził topnik stosowany w paście lutowniczej. Zastosowanie odpowiedniego topnika może znacząco przyczynić się do jakościowej różnicy ponieważ około połowa jego jest odparowywana w procesie lutowania tworząc przy tym środowisko sprzyjające powstawaniu pustek. Z powodu koncentracji na odpowiednim dobraniu topnika w cień zeszły badania nad samą kompozycją metaliczną stopów lutowniczych. Aż do niedawna…

Pomiar poziomu pustek

Przemysłowo akceptowalne i niedopuszczalne poziomy pustek lutowniczych były ustanowione przy lutowaniu z użyciem dzisiejszych rynkowych standardów past lutowniczych: SnAg3Cu0,5(SAC305), SnAg0,3Cu0,7. Zastosowano je również jako punkt wyjscia w badania opisanych tutaj. Aby zaobserwować wpływ wykończenia PCB użyto formatki z powłokami: OSPCu, ENIG (NiAu) oraz I-Sn. W doświadczeniu użyto szablonu o grubości 120 µm bez żadnej minimalizacji padów lutowniczych. Fot.3 użyty w teście komponent QFN Próbki doświadczalne w ilości 60szt komponentów QFN w wyprowadzeniami Sn były lutowane rozpływowo zgodnie z profilem charakterystycznym dla każdej kompozycji metalicznej. Następnie każdy komponent był prześwietlony na X-ray. Test wykazał słabe wyniki past z domieszką srebra: SAC305 oraz SAC0307. Lepsze rezultaty zaobserwowano dla pasty Sn42Bi57Ag1 . Na podstawie powyższego zaczęto prowadzić badania mające na celu zoptymalizowanie kompozycji metalicznej dla minimalizacji powstawania pustek. W celu weryfikacji wyników stosowano prześwietlenia X-ray oraz analizę termograwimetryczną (TGA). Najlepiej rokujące stopy były również badane kompleksowo tj: wytrzymałość mechaniczna, termoprzewodność, termowytrzymałość, zakres międzyfazowy (solidus-likwidus), okno procesowe oraz uniwersalność pasty. Strategia poszukiwania optymalnej kompozycji opierała się na dodawaniu domieszek Sn,Bi,Ag,Zn,Cu,…do tradycyjnych stopów bezołowiowych. Pierwszym kwalifikatorem 8 stopów, które zostały poddane dalszym testom była analiza termograwimetryczna. Metoda ta pozwala na dokładny pomiar odparowującego topnika w zależności od użytego profilu rozpływu oraz składu stopu. 8 stopów zostało nastepnie poddane tym samym rygorom badawczym co pierwsza partia: 60 komponentów QFN, różne powłoki PCB, rozpływ, weryfikacja przy użyciu X-ray Wyniki wskazały na zdecydowane zmnijeszenie liczby i rozmiarów pustek wszystkich 8 stopów w porównaniu z tradycyjnymi kompozycjami SAC305, LowSAC0307 a nawet Sn42Bi57Ag1. Stop testowy G (LMPA-Q) okazał się wsród nich najlepszy z najmniejszych rozstrzałem wyników. Został on poddany rygorystycznym testom wytrzymałościowym deklasując SAC305 w testach starzeniowych i wykazując odpowiednią odporność mechaniczną.

Wnioski

W wyniku badań uzyskaną komercyjny uniwersalny stop lutowniczy Interflux LMPA™-Q. Charakteryzuje się on zdecydowanie mniejszym poziomem powstawania pustek w porównaniu ze standardowymi stopami bezołowiowymi oraz lepszymi parametrami niezawodnościowymi Więcej na www.lmpa-q.com / informacje: ,

---

© Interflux