Пластичность убережёт от механического удара

(Сообщение ведущего менеджера компании по LED и полупроводникам — Ranjit Pandher в июльском номере журнала SMT007)

31 августа 2021 года

Надёжность паяных соединений при механическом ударе стала проблемой в электронной промышленности не только из-за увеличенной популярности портативной электроники и широкого использования бессвинцовых припоев, но и из-за уверенности в высоком выходе годной продукции первого предъявления в производственных условиях. Большинство широко предлагаемых бессвинцовых припоев — сплавы с высоким содержанием олова, играющего критическую роль в надёжности паяного соединения, имея относительно высокую прочность и модуль упругости. Кроме того, хотя с металлургической точки зрения именно олово в сплавах припоя в основном участвует в формировании паяного соединения, детали слоев интерметаллического соединения (IMC), образованного сплавом олово-свинец (SnPb) и сплавом, не содержащим свинца — различаются. Явное отличие условий процесса для олово-свинцового и бессвинцового сплавов также влияет на качество паяного соединения.

Хрупкость паяного соединения при механическом ударе обнаруживается у или на интерметаллическом слое (-ях). Это из-за хрупкости по природе самого IMC слоя, наличия в нём дефектов, или у его границы, или передачи стресса к нему, что приводит в результате к низкой пластичности всего паяного соединения.

В разработке сплавов с улучшенными характеристиками, компания «MacDermid Alpha» адресовалась к обеим проблемам: улучшению пластичности, модификации и контролю интерметаллического слоя. Оценен широкий ряд основных составов сплава, наряду с отобранными добавками в сплавах SnAgCu, при контроле механических свойств всего сплава и процессы диффузии, участвующие в образовании и росте интерметаллического слоя (-ёв).

Добавки сплава обычно работают как модификаторы диффузии, отображая скорость внутренней диффузии между подложкой и припоем, снижая толщину IMC или тягу к образованию пустот. Кроме этого, введение добавок может действовать как компенсатор диффузии. Отмечено, что уровень микродобавок не столь значительно изменяет механические свойства основных сплавов. Полученные результаты в испытаниях на механический удар и быстрый отрыв шариков показывают, что существенные улучшения надёжности паяного соединения могут быть достигнуты. Устройства показали необходимость хорошей надежности при ударе при падении, и именно в этой области SAC305 и другие сплавы с относительно высоким содержанием Ag SAC имеют значительные недостатки. Основная причина плохой реакции на высокую скорость

деформации сплавов, подобных SAC305, по сравнению с эвтектическим SnPb, заключается в свойствах сплава. Большинство бессвинцовых сплавов имеют высокое содержание олова, до 5% серебра и 1% меди. Эти сплавы имеют относительно высокую прочность, модуль упругости и низкий акустический импеданс, поэтому, при механическом ударе стресс более легко передаётся на границу припой — подложка. Интерметаллические соединения (IMC), образованные при пайке, обладают малой пластичностью и их поверхность оказывается хрупкой при механическом испытании.

В литературе рассмотрено большое число сплавов в качестве альтернативы к серебросодержащим сплавам (Ag SAC) для устройств с BGA и CSP. Существенным фактором являются свойства самого сплава. Воздействие высокого стресса при сильном ударе в сплавах с большим содержанием олова может быть снижено выбором сплавов с низким содержанием серебра. При низком содержании серебра меньше образуется Ag3Sn IMC в составе сплава, снижая механическую прочность. Сопротивление сдвигу для семейства сплавов SAC показано на рисунке 1, где показано преимущество сплавов с низким содержанием Ag в потенциальном поглощении деформации с высокой скоростью из-за неправильного обращения с устройствами во время производственных операций. Использование сплавов с низким содержанием серебра увеличивает механическую прочность, прямо влияя на надёжность сборок как в производственных условиях, так и — в условиях пользования потребителем.

Рис. 1 Механические свойства сплавов SAC

*************************

Во взаимовыгодной работе обеспечена информационная поддержка, консультирование, сопровождение технологического процесса, правильная расстановка подобранного оборудования, его поставка, наладка, сервис и обеспечение базовыми и расходными материалами.

По возможному сотрудничеству в технологиях сборочно-монтажного производства, изготовления печатных плат и гальваники просьба использовать следующий контакт:

Санкт-Петербург, Таллинское шоссе, 206

Электронная почта: office@bmptek.ru

Тел. +7 (921) 895−1422, (812) 994−9502

Управляющий проекта — Алексей Леонов