Bosch опублікував великий матеріал про порожнечі в автомобільній промисловості. У першій частині статті розглядається підхід до цієї проблеми в стандартах і представлена цікава класифікація шести найпоширеніших типів пустот.
З моменту впровадження безсвинцевої технології порожнечі в паяних з’єднаннях SMT були темою інтенсивного обговорення, як це відображено, серед іншого, в різних керівних документах IPC, таких як IPC-7093 (Реалізація процесу проектування та монтажу компонентів з виводами на нижній стороні, «Design and Assembly Process Implementation for Bottom Termination Components») і IPC-7095 (Реалізація процесу проектування та монтажу BGA, «Design and Assembly Process Implementation for BGAs»), які містять деяку інформацію про типові рівні пустот і їх вплив на надійність монтажу. З точки зору вимог до об’єму та межі допустимості пустот, значення надаються лише для систем із кульковими матрицями в оновлених версіях J-STD001, IPC-A610 та IEC 61191-2. Однак нещодавні дискусії під час зустрічей, пов’язаних зі стандартизацією, а також величезна кількість документів, присвячених пустотам, показують потребу в більш широкому висвітленні пустот у стандартах. Це особливо важливо в автомобільній електроніці, де специфікації замовника часто містять вимоги щодо утворення пустот у паяних з’єднаннях SMT. Цей факт однозначно вимагає ширшого розгляду пустот в додатках для автомобільної промисловості J-STD-001 і IPC-A610 в майбутньому. Щоб досягти цього, необхідно вирішити дві проблеми:
- Має бути встановлена спільна позиція для всіх сторін ланцюга постачання щодо впливу пустот на надійність збірки. Розробка надійності електронних вузлів має охоплювати всі аспекти, починаючи від терміну служби паяного з’єднання й закінчуючи такими аспектами, як електрохімічна надійність. Таким чином, оптимізація матеріалів і процесів повинна бути спрямована на досягнення мети загального підвищення надійності збірки, а не зосереджуватися виключно на зменшенні пустот (у деяких випадках прийняття занадто суворих обмежень пустот може навіть становити перешкоду для підвищення загальної надійності).
- Типові системи рентгенівського контролю, які зараз використовуються в автомобілях масового виробництва, як правило, не відповідають суворим вимогам повторюваності та відтворюваності вимірювальних приладів і не підходять для вимірювання пустот. Необхідно враховувати, що їх основне призначення полягає у виявленні дефектів припою, таких як перемички, змочування тощо, а для виконання вимог до рівня пустот необхідний високий рівень повторюваності рентгенівських досліджень.
У цій статті буде розглянуто поточні зусилля зі стандартизації, пов’язані з проблемами, значеними вище.
У спільноті немає консенсусу щодо впливу пустот на функціональність і надійність монтажу SMT і це було суперечливою темою в останні роки. Основне занепокоєння з утворенням пустот полягає в тому, що це може негативно вплинути на надійність з’єднань, що піддаються термомеханічним і динамічним навантаженням (наприклад, вібрації), а також на теплові та електричні властивості паяних з’єднань. У той час як вплив пустот на теплові та електричні властивості паяних з’єднань можна оцінити досить просто на основі чисельних або навіть аналітичних розрахунків, їх вплив на надійність паяного з’єднання оцінити важче. У цьому контексті необхідно дуже точно розрізняти різні типи пустот: можна виділити принаймні шість основних типів, представлених у таблиці нижче, і лише деякі з них – макропустоти, які також називаються технологічними пустотами, і пустоти спричинені дизайном – можна спостерігати та аналізувати за допомогою стандартного рентгенівського зображення.
Таблиця 1. Види пустот.
| Тип пустот | Походження / першопричина | Поява в автомобільній електронній збірці | Виявлення вбудованим рентгенівським апаратом | Вплив на термомеханічну надійність | Вплив на електричні та теплові функції | Загальна оцінка |
| Макропустоти (тип I): зазвичай діаметром від 50 до кількох 100 мкм, іноді їх називають «процесними» пустотами | Виділення газів з флюсу | Поширена | Хороше виявлення | Немає підтвердженого впливу на надійність, якщо не відбувається надмірне утворення пустот | Звичайне явище в електронних вузлах, не викликає занепокоєння, якщо не відбувається надмірне утворення пустот | |
| Пустоти, спричинені дизайном (тип II), як правило, діаметром від 50 до кількох 100 мкм | Утворюються газами, що потрапили в мікропору, наприклад повітрям, водяною парою, летючими речовинами флюсу | Поширені у проектах, які містять via-in-pad | Хороше виявлення | Немає підтвердженого впливу на надійність, якщо не відбувається надмірне утворення пустот | Якщо не відбувається надмірне утворення пустот | |
| Усадочні пустоти (тип III): подовжені пустоти з шорсткими «дендритними» краями, що виходять з поверхні паяного з’єднання | Викликається зменшенням об’єму припою в процесі переходу з рідкого стану в твердий, пов’язане із послідовністю затвердіння сплавів, що не містять свинцю | Поширена | Погане виявлення через малий розмір | Без впливу | Часто зустрічається в безсвинцевій пайці, не викликає занепокоєння | |
| Плоскі мікропустоти (пустоти шампанського, тип IV): невеликі (< 25 мкм) пустоти на стику припою з підкладкою або компонентом | Причини не визначені чітко; ймовірно через аномалії обробки поверхні | Обмежується покриттям: іммерсійне срібло, рідше зустрічається в ENIG і OSP | Погане виявлення через малий розмір | Може негативно вплинути на надійність на великих поверхнях (перфорація) | Малий вплив | Загалом не проблема в автомобільній електроніці |
| Мікропустоти IMC (тип V): субмікронні пустоти, розташовані між IMC і міддю; також відомі як пустоти Кіркендалла | Зростання відбувається в умовах підвищеної температури; причина –органічні домішки, що містяться в Cu під час гальванізації | Обмежено: зазвичай не спостерігається, хоча при перевірці надійності автомобільної електроніки зазвичай використовується обширний руйнівний аналіз | Дуже погане виявлення через малий розмір | Може негативно вплинути на надійність | Малий вплив | Загалом не проблема в автомобільній електроніці |
| Пустоти з мікроотворами (тип VI): пустоти мікронного розміру всередині IMC, між IMC і поверхнею міді або (рідко) поблизу IMC у припої | Є результатом нестабільного процесу покриття у постачальника плат | |||||
Багато досліджень було присвячено впливу макропустот на надійність, але, наскільки відомо, чіткого підтвердження цих проблем не було отримано (якщо не перевірено надмірні рівні пустот, навмисно створені під час тестування, а не масового виробництва). З іншого боку, постачальники паяльних паст і флюсів розробили продукти, основною метою яких є зменшення пустот, рекламуючи їх так, ніби ця властивість є конкурентною перевагою. У світлі існування різних типів пустот і відсутності чітких доказів їх негативного впливу, не дивно, що вони практично не охоплюються існуючими стандартами щодо вимог і прийнятності електронних вузлів, таких як J-STD- 001G, IPC-A-610G та IEC 61191-2. Ці стандарти не встановлюють обмежень на прийнятні рівні пустот в електронних системах, за винятком компонентів з контактами матриці.
Зараз в організаціях зі стандартизації тривають дискусії щодо того, чи повинні стандарти охоплювати цю тему ширше, зокрема, коли автомобільна електроніка переходить на безсвинцеві сплави, де пустоти є більш поширеними порівняно зі свинцевими сплавами. Крім того, до автомобільної електроніки висуваються дуже високі загальні вимоги до надійності, що може призвести до невиправданих, надто суворих обмежень. Тому бажано досягти спільної згоди щодо допустимих рівнів пустот, прийнятних усіма зацікавленими сторонами в усьому ланцюгу постачання автомобільної електроніки. Прикладом є консенсус, досягнутий у робочій групі Німецької електротехнічної комісії (DKE – Deutsche Kommission Elektrotechnik), який може бути використаний як відправна точка для інших зацікавлених сторін.
Важливим аспектом, який також необхідно враховувати в будь-якій діяльності зі стандартизації, є відсутність надійних систем вимірювання пустот масового виробництва, які відповідають вимогам повторюваності вимірювальних приладів. Пустоти зазвичай аналізуються за допомогою систем автоматизованого рентгенівського контролю (AXI), що працюють у двовимірному (2D-AXI) або тривимірному (3D-AXI) режимах зображення. Наскільки відомо, для таких систем немає ані еталонних зразків, ані циклічних досліджень.
За матеріалами сайту https://tek.info.pl
Лайкнути
Твітнути