Instytut Tele- i Radiotechniczny Badania procesu montażu elektronicznego struktur półprzewodnikowych (µBGA i CSP) z wyprowadzeniami bezołowiowymi w warunkach lutowania ołowiowego Centrum Zaawansowanych Technologii Zakład Innowacji Montażu Elektronicznego dr inż. Janusz Borecki Zakład prowadzący: M3 Zakłady współpracujące: M1 i M2

Cel i zakres pracy Celem niniejszej pracy było zbadanie i opracowanie sposobu montażu wielowyprowadzeniowych struktur półprzewodnikowych (µBGA i CSP) z wyprowadzeniami bezołowiowymi w warunkach lutowania ołowiowego. Prace badawcze dotyczyły głównie badań jakości pól lutowniczych płytki obwodu drukowanego oraz jakości formowanych w procesie montażu elektronicznego połączeń lutowanych. Główne zadania Analiza wpływu lutownych powłok ochronnych pól lutowniczych pd, oraz parametrów prowadzenia procesu lutowania na jakość połączeń lutowanych Długoterminowe badania nieuszkadzalności zespołów elektronicznych Opracowanie wytycznych prowadzenia procesu lutowania mieszanego

Przyjęte założenia Pasta lutownicza: HM-1 RMA Sn62Pb36Ag2 V16L firmy Almit Powłoki ochronne pól lutowniczych płytki obwodu drukowanego: Sn , Ni/Au Podzespoły strukturowe: z układem sieci połączeń typu Daisy-Chain firmy TopLine, oraz podzespoły funkcjonalne

Przyjęte założenia c.d. Płytki obwodów drukowanych: testowe i funkcjonalne IB61 10xx_H_dsp6 Szablony do nanoszenia pasty lutowniczej: 100 i 125 µm

Przyjęte założenia c.d. Profile lutowania: P1 – podstawowy Pb, oraz P2 i P3 – pośrednie Pb/Pb-free temp. wyprowadzeń sferycznych układu BGA: 218 °C

Przyjęte założenia c.d. Profile lutowania c.d. Profil P2 (220 °C) Profil P3 (225 °C) Ocena jakości połączeń lutowanych: - rezystancja elektryczna połączeń, - analiza rentgenowska, - obserwacje mikroskopowe zgładów metalograficznych.

Ocena jakości połączeń lutowanych, - rezystancja elektryczna zakres zmierzonych rezystancji: 2 ÷ 3 mΩ nie stwierdzono wadliwych połączeń

Ocena jakości połączeń lutowanych, - analiza rentgenowska kontrola na zwarcia i kształt połączeń lutowanych obecność pustek w połączeniach osiadania układu na powierzchni płytki

Ocena jakości połączeń lutowanych, - obserwacje mikroskopowe zgładów metalograficznych CSP84T.5-DC123 CSP84T.5-DC145 BGA676T1.5-DC269 BGA676T1.5-DC269 szablon: 100 µm szablon: 125 µm

Ocena jakości połączeń lutowanych, - wpływ profilu lutowania, płytki testowe profil P1 profil P2 profil P3

Ocena jakości połączeń lutowanych, - wpływ profilu lutowania, płytki funkcjonalne profil P1 profil P3 profil P2

Montaż płytki funkcjonalnej 10xx_H_dsp6, - modyfikacja konstrukcji pól lutowniczych pd zwiększenie powierzchni pola lutowniczego o 25 % poprawa zwilżania pola lutowniczego – zwiększenie wytrzymałości mechanicznej

Długofalowe badania nieuszkadzalności zespołów elektronicznych Narażenia temperaturowe - czas próby: 106 h - zakres temperatur: -70 ÷ +80 °C Próba narażeń klimatycznych: - czas próby: 240 h - temperatura: +40 ±2 °C; wilgotność względna: 93 ±2 %.

Długofalowe badania nieuszkadzalności zespołów elektronicznych Kontrola funkcjonalności pakietu 10xx_H_dsp6 przed i po próbach narażeń środowiskowych Uwagi: pakiet 2 i 3 – komunikacja możliwa tylko przez port USB; przez port RS485 niemożliwa pakiet 5 i 6 – łączność z procesorem jest, ale nie można wykasować pamięci Grubości powłok ochronnych płytek stosowanych w badaniach

Wpływ profilu lutowania na jakość połączeń lutowanych pakietów elektronicznych Profil P1 profil P2 profil P3

Wytyczne prowadzenia procesu montażu mieszanego W montażu mieszanym zaleca się stosowanie pasty lutowniczej oznaczonej symbolem HM-1 RMA Sn62Pb36Ag2 V16L firmy Almit. Proces montażu można prowadzić na dowolnej powłoce ochronnej (Sn immersyjna, Au/Ni). Grubość szablonu do nanoszenia pasty lutowniczej pod wyprowadzenia struktur w obudowach BGA i CSP musi być zgodna z ogólnymi zaleceniami prowadzenia procesu montażu w technologii ołowiowej dla całego montowanego pakietu elektronicznego. Płytki obwodów drukowanych, o ile to możliwe, nie powinny zawierać w swej konstrukcji pól lutowniczych definiowanych maską przeciwlutową. Profil lutowania danego pakietu elektronicznego w montażu mieszanym powinien być jak najbardziej zbliżony do profilu P2 (temp. maks. 220 °C).

Podsumowanie Cel projektu został osiągnięty – przeprowadzone badania pozwoliły opracować wytyczne prowadzenia procesu montażu mieszanego. Przeprowadzony montaż płytek funkcjonalnych (10xx_H_dsp6) potwierdził słuszność opracowanych wytycznych. Przeprowadzone długofalowe badania narażeniowe funkcjonalnych zespołów elektronicznych nie spowodowały uszkodzeń połączeń lutowanych układu BGA. Wytypowana do badań ołowiowa pasta lutownicza (HM-1 RMA Sn62Pb36Ag2) bardzo dobrze sprawdza się w technologii montażu mieszanego. W Zakładzie Innowacji Montażu Elektronicznego (CM/M3) prowadzono montaż mieszany pakietów elektronicznych (m.in. dla firm: Techlab2000 – Warszawa, EDO Exclusive Digital Audio – Warszawa, Wojskowy Instytut Łączności – Warszawa) i do chwili obecnej nie stwierdzono wad w funkcjonowaniu zmontowanych urządzeń.

Dziękuję za uwagę