Badania formowania się związków intermetalicznych w bezołowiowych połączeniach podzespołów ultraminiaturowuch

• Autorzy: Araźna A. , Serzysko T. , Janeczek K.

Warianty tytułu

EN

Investigations of intermetallic compounds in lead-free solder joints of chip scale components

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Stosownie metalicznych powłok ochronnych na polach lutowniczych prowadzi do powstawania związków międzymetalicznych (IMC) na granicy faz materiał podłoża (miedź) - materiał powłoki (Ni, Ag, Sn). Grubość warstw IMC wzrasta w funkcji czasu osadzania metalicznej powłoki ochronnej oraz w czasie przechowywania płytek w zależności od czasu i warunków przechowywania. W procesie lutowania zachodzą dalsze zmiany związków międzymetalicznych związane z rozpuszczaniem się w sobie metali oraz z oddziaływaniem już istniejących IMC z materiałami lutowniczymi czy powłoką ochronną wyprowadzeń podzespołów. W pracy przedstawiono rezultaty badań formowania związków międzymetalicznych w połączeniach sferycznych podzespołów BGA po procesie bezołowiowego lutowania rozpływowego na płytkach drukowanych z powłokami ochronnymi: cyny immersyjnej (Sn), nikiel chemiczny/złoto immersyjne (ENIG), srebra immersyjnego (Ag) i organicznej powłoce ochronnej (OSP). Formowanie związków IMC badano bezpośrednio po lutowaniu oraz po procesach starzeniowych - teście klimatycznym w temperaturze 55°C w warunkach wilgotności powietrza 85% RH oraz cyklach narażeń cieplnych (temperatury -40…125°C). Badania warstw związków międzymetalicznych wykonano z wykorzystaniem skaningowego mikroskopu elektronowego z mikroanalizatorem rentgenowskim EDS. Określono zawartość pierwiastków w warstwach IMC, zmiany zawartości wybranych metali wzdłuż linii skanowania miedź płytki-IMC-lut oraz zmierzono grubości poszczególnych warstw.

EN

The use of metallic protective surface finish on the soldering pads leads to formation of intermetallic compounds in the line surface metal (copper) - material of surface finish (Ni, Ag, Sn). The thickness of IMC increases in time of deposition metallic coating as well as with time of boards storage. During reflow process intermetallic compounds undergo change. That is concerned in melt of metals and interacts of IMC and soldering materials as well as surface finish on components. In this paper intermetallic compound formation in solder joints of BGA components after reflow process was investigated. Solder joints were formed on the surface finishes: immersion tin (Sn), chemical nickel/immersion gold (ENIG), immersion silver (Ag) and organic solderability preservatives (OSP). The IMC were investigated as received and after ageing in the climatic chamber (55°C, 85% relative humidity) as well as thermal shock (-40...125°C). The scanning electron microscope with microanalyses (SEM-EDS) was used to investigations of intermetallic compounds. The elements concentrations in IMC and change in concentration of chosen atoms along line of scan solder-IMC-Cu were determined as well as thickness of IMC layers were measured.

Słowa kluczowe

PL

związki międzymetaliczne; bezołowiowe połączenie lutowane

EN

intermetallic compounds; lead-free solder joints

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 51, nr 7
• Strony: 140--144
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., il., tab., wyk.,

Twórcy

autor

Araźna A.

autor

Serzysko T.

autor

Janeczek K.

• Instytut Tele- i Radiotechniczny, Warszawa

Bibliografia

• [1] Chen Y. H., Wang Y. Y., Wan Ch. Ch.: Microstructural characteristics of immersion tin coatings on copper circuitries in circuit boards. Surface and Coatings Technology, 202(3), 417 (2007).
• [2] Bukat K., Hackiewicz H.: Lutowanie bezołowiowe. BTC, Warszawa, 2007
• [3] Milad G.: Surface finishes in lead- free world, Circuit World 34(4), 4 (2008).
• [4] JEDEC/IPC Joint Publication, Current tin whiskers Theory and Migration Practices Guideline, JP 002, Marzec 2006.
• [5] Sun Q.: http://www.sjsu.edu/faculty/selvaduray/page/papers/mate-234/qiansun.pdf, 2003.
• [6] Peng W., Marques M. E.: Effect of thermal aging on drop performance of chip scale packages with SnAgCu solder joints on Cu pads. Journal of Electronic Materials, 36 (12), 1679 (2007).
• [7] Schroder S.: Superior, whisker- reduced immersion tin technology Circuit World, 31(4), 42 (2005).
• [8] Arendt N., Baron R., Benz V., Letterer M., Merkle H., Schroder S., Wessling B.: A new whisker- reducing immersion tin technology. Circuit Tree, 18 (1), 10 (2005).
• [9] Zahg W., Egli A., Schwager R, Brown N.: Investigation of Sn-Cu intermetallic compounds by ARM: new aspects of the role of intermetallic compounds in whisker formation. IEEE Transactions on Electronics Packaging Manufacturing, 28(1), 85 (2005).
• [10] Chen S. W., Wang Ch. H., Lin S. K., Chiu Ch. N., Chen Ch. Ch.: Phase transformation and microstructural evolution in solder joint Journal of the Minerals, Metals and Materials Society, 59(1), 39 (2007).
• [11] Chan C. M., Tong K. H., Kwok R. W. M.: Intermetallic compound formation and solderability for immersion tin. Circuit World, 32(4). 3 (2006).
• [12] Tu P. L., Chan Y. C., Hung K. C., Lai J. K. L.: Growth kinetics of into metallic compounds in chip scale package solder joint. Scripta Materialia, 44 (4), 317 (2001).
• [13] Roubaud P., Prasad S., Bulwith R., Kamath S.: Impact of intermetallic growth on the mechanical strength of lead-free BGA assemblies. IPC SMEMA Council APEX 2001, www.GoAPEX.org