Пасти, що містять самотвердіючі смоли в процесі оплавлення, є перспективним методом зміцнення паяних з’єднань у процесі низької температури – це було досліджено інженерами Intel.
Друковані плати, які використовуються в споживчій електроніці, як-то смартфони, планшети та мобільні ПК, зазвичай збираються пайкою оплавленням з використанням паяльних паст, що не містять свинцю SnAgCu (SAC), з максимальною температурою оплавлення від 240°C до 260°C. Однак із зменшенням розміру електронних пристроїв, які потребують меншої висоти, пайка компонентів FCBGA часто стає проблематичною через динамічне викривлення корпусу компонента та друкованої плати.
Малюнок 1. Порівняння типових форм викривлення корпусів FCBGA для паяльних паст SAC і BiSnAg на окремих етапах процесу пайки оплавленням
У результаті для монтажу друкованих плат у мобільних додатках побутової електроніки були запропоновані низькотемпературні паяльні пасти, що містять вісмут, як альтернатива паяльним пастам SnAgCu. На додаток до покращення продуктивності паяних з’єднань завдяки меншому викривленню корпусів і плат на піку процесу пайки оплавленням, нижчі температури плавлення цих паяльних паст також дозволять значно заощадити споживання енергії.
Проте вже повідомлялося, що наявність у припої значної кількості Bi у поєднанні з Sn викликає крихкість паяних з’єднань, що призводить до зниження стійкості до механічних ударів. Крихкість сплавів Bi-Sn, навіть з додаванням Ag, обмежує їх використання в споживчих товарах, де існує високий ризик повторних ударів.
Нещодавно розроблений метод подолання крихкості вісмутових сплавів полягає у використанні полімерних посилень, таких як епоксидні матеріали, навколо паяних з’єднань для підвищення їх стійкості до механічних ударів і падінь. Насправді таке полімерне армування вже використовується в системах BGA та інших елементах Area Array у вигляді заповнення, що використовується на рівні плати. Наповнювачі дозують після пайки оплавленням в місцях розташування BGA, а потім загартовують. Ці дві додаткові стадії – дозування та затвердіння – негативно впливають на тривалість процесу (що особливо важливо у випадку великих серій споживчої електроніки), а також вимагають додаткової енергії для затвердіння, тому компанії неохоче використовують ці рішення. Більше того, нижнє заповнення в основному використовується для компонентів типу area array і фактично зміцнює лише деякі паяні з’єднання друкованої плати, тоді як паяні з’єднання інших компонентів також потребують зміцнення при використанні паяльних паст на основі BiSn.
Альтернативним полімерним варіантом зміцнення паяних з’єднань Bi-Sn є використання низькотемпературних зміцнених паст (пасти для зміцнення швів, joint reinforced pastes, JRP). Це паяльні пасти, що містять незатверділу смолу. Під час процесу оплавлення, коли паяльна паста плавиться, ця смола витісняється з розплавленого припою та зовні покриває розплавлений припій. Під час виконання етапів пайки оплавленням смола починає твердіти. Згодом, після завершення процесу оплавлення затверділа, смола утворює округле зміцнення навколо паяних з’єднань, забезпечуючи необхідне механічне зміцнення.
У статті Mechanical Shock and Drop Reliability Evaluation of the BGA Solder Joint Stack-Ups, співавторами якої є декілька спеціалістів Intel, аналізується стійкість до механічних ударів і падінь паяних з’єднань BGA Flip Chip SnAgCu, припаяних паяльними пастами BiSnAg (BSA) і BiSn, зміцнених смолою (JRP). Дані, отримані під час тестування, порівнювалися з даними, отриманими для паяних з’єднань Flip Chip BGA, виготовлених із використанням стандартної паяльної пасти SAC, із клейовим зміцненням на рівні плати або без нього.
У статті детально описано профіль пайки оплавленням, форму отриманого паяного з’єднання, мікроструктуру, морфологію та випадки поломок. На підставі аналізу дефектів, зареєстрованих після механічного удару, автори вказали на порівнянну продуктивність паст JRP і SAC305 і нижчу ударостійкість паст BSA. Припої BSA продемонстрували більше пошкоджень в додаткових місцях корпусів, тоді як виводи, припаяні SAC305 і JRP, не показали додаткових пошкоджень в інших місцях корпусів крім перших двох рядів паяних з’єднань від кутів корпусів.
Результати паст BSA значно покращилися після додавання L-подібних клейових кутових посилень до всіх чотирьох кутів корпусу. Таким чином, автори статті прийшли до висновку, що обидва продукти JRP, тобто клеї на рівні плат і полімерні зміцнюючи пасти, показали багатообіцяючі результати в покращенні механічних властивостей з’єднань, утворених пастами BSA.
За матеріалами сайту https://tek.info.pl
Лайкнуть
Твитнуть