PrávnínařízeníEU Výběr vhodnéslitiny Přizpůsobenívýrobních zařízení Změny v pájecím procesu Spolehlivostpájených spojů
PrávnínařízeníEU Od 1. července 2006 nesmí žádný produkt prodávaný v EU obsahovat tyto látky: Olovo Rtuť Cadmium Hexavalentní chrom PBB a PBDE samozhášecí přísady
PrávnínařízeníEU Tento zákaz se nevztahujena: Pb ve skle obrazovek a fluorescenčních trubic Pb v oceli, hliníkových a měděných slitinách Pb v keramických součástkách Pb ve vysokotavitelných pájkách Pb v pájkách pro komunikační zařízenía servery vojenskou elektroniku na opravy zařízení vyrobených před 1.7.2006
Výběr vhodnéslitiny 1. Materiálovévlastnosti (teplotní odolnost, pevnost, kompatibilita s povrchovou úpravou vývodů součástek a pájecích ploch) 2. Bod tání 3. Pájitelnost (smáčivost vývodů součástek a roztékavost na pájecích plochách) 4. Cena (dostupnost, skladovatelnost) 5. Množství tavidlových zbytků (nutnost čištění) 6. Toxicita
Možné substituty olova v pájce 1. Stříbro (Ag) - snižuje bod tání, zlepšuje smáčivost a pevnost 2. Bismut (Bi) - snižuje bod tání, zlepšuje smáčivost 3. Měď (Cu) - zvyšuje pevnost 4. Zinek (Zn) - nízký bod tání, nízkácena 5. Antimon (Sb) - zvyšuje pevnost, snižuje povrchovénapětí pro lepší roztékavost a menší pravděpodbnost tombstoningu 6. Indium (In) -snižuje bod tání 7. Nikl (Ni) -zabraňuje odsmáčení 8. Germanium (Ge) -zabraňuje oxidaci
Základníkombinace slitin Ag 961 C Bi 271 C Zlepšení pájitelnosti Snížení bodu tání Zvýšení pevnosti spoje Sn 231 C Snížení bodu tání Snížení bodu tání Zvýšení pevnosti spoje Cu 1083 C Zn 420 C
Srovnánípevnosti v tahu SnAgCu (125 C ambient) Pad Ф3.0 Solder SnAgCuBi SnZnBi Hole (φ 1.0) Lead wire (φ 0.7) Weight (1 kg) PCB SnPb 1 10 100 1000 10000 čas [hod]
Srovnánípevnosti ve smyku Smyková síla [kg] 8 7 6 5 4 3 2 Původní Po teplotním cyklování 1 0 Capacitor Resistor Capacitor Resistor Capacitor Resistor Capacitor Resistor SnAg3.5Cu0.7 SnAg3.4Bi4.8 SnAg2.0Bi7.5Cu0.5 Sn/Pb
Cenovésrovnání Kov Cena [euro/kg] 15 Sn Pb 6 0.7 Cena [euro/kg] 12 9 6 4,1 11 10 Ag Cu Bi Zn 6 6 170 2.0 10 1.5 3 0 SnPb SnAgCu SnAgCuBi SnZnBi SnCu
Přizpůsobenívýrobních zařízení Přetavovací pece Moduly pro předehřev a přetavení musí být schopny dosáhnout vyšších teplot a musí mít velmi přesnou regulaci Těsnění, ložiska i maziva musí odolávat teplotám okolo 300 C Nutná lepší tepelná izolace pece Teplotní zóny musí mít rozdílnou délku a musí být samostatně nastavitelné(kvůli zachování nízkých gradientů teploty) Možnost použití dusíkovéatmosféry Pro homogenní ohřev nejlépe plně konvekčnípece
Přizpůsobenívýrobních zařízení Pájecí vlny Moduly pro předehřev musí být co nejblíže pájecí vlně -při přechodu na vlnu nesmí teplota poklesnout o více jak 5 C Mezi první a druhou vlnou musí být menší vzdálenost (70 mm) -minimální pokles teploty při přechodu mezi vlnami Šířka první vlny musí být větší (20 mm) -pro bezpečnésmočení musí pájka na DPS působit 4-5 s 20mm 70mm Konvekční pájecí vlny Pájecí vlny pro bezolovnaté pájení
Přizpůsobenívýrobních zařízení Pájecí vlny Pájka by měla mít větší tlak -lepší smočení prokovených otvorů a menší ochlazování druhépájecí vlny Co nejrychlejší systém chlazení (více jak 5 C/s) -menší riziko narušeného tuhnutí, menší krystalizace pájky Úhel dopravníku by měl být snížen asi na 3 (+/-1 ) -prodloužení doby pájení, menší oxidace pájky úhel náklonu dopravníku 3 Pájecí vlny pro bezolovnaté pájení
Přizpůsobenívýrobních zařízení Pájecí vlny Bezolovnatéslitiny jsou v tekutém stavu silně agresivní vůči železu a nerezovéoceli. Způsobují korozi čerpadel, pájecích van a ostatních kovových částí, ježjsou s roztavenou pájkou v trvalém kontaktu
Přizpůsobenívýrobních zařízení Pájecí vlny Zkorodovanézbytky oceli navíc kontaminujípájku a mění její vlastnosti
Přizpůsobenívýrobních zařízení Řešením je použití následujících materiálů: titanem legovaná ocel keramika sintrovaná keramika Pájecí vlny Nebo speciálních povrchových úprav: smalt, glazura Zirkon-oxidový lak Bor-nitridový lak kompositní email plasmová oxidace (pasivace)
Změny v pájecím procesu Porovnání technologických oken SnPb pájka Non-Pb pájka
Změny v pájecím procesu Parametry bezolovnatého pájecího procesu (pro in-line reflow pece) rychlost ohřevu: 1 5 C/s teplota předehřevu: 160 180 C délka předehřevu: 60-120 s teplota přetavení: 235 240 C délka přetavení: 40 70 s překročení teploty tavení: o 15-20 C maximální dosažená teplota: ~250 C, (5-10 s) teplotní odolnost pracovní komory: > 300 C
Změny v pájecím procesu Parametry bezolovnatého pájecího procesu (pro in-line reflow pece) rozdíl mezi nastavenou a skutečnou teplotou DPS: co nejmenší regulační odchylka v přetavovací zóně: < 10 C příčný rozdíl teplot (na šířce pásu): +/-1,5 C chladící zóna: nastavitelná rychlost chlazení: 3 5 C/s teplota DPS na konci chladící zóny: 40 80
Změny v pájecím procesu Teplotní profil pro pájení přetavením
Změny v pájecím procesu Teplotní profil pro pájení vlnou
Vlastnosti bezolovnatých spojů Životnost pájeného spoje Stárnutí (křehkost) Tepelná a mechanická únava Spolehlivost pájeného spoje Mechanická spolehlivost Statická pevnost Odolnost proti vibracím Nárazuvzdornost Elektrická spolehlivost Povrchový izolační odpor Elektromigrace Koroze
Vlastnosti bezolovnatých spojů Častější výskyt dutin (bublin) uvnitř spoje Většinou menší lesklost pájených spojů Horší smáčivost pájecích ploch DPS i vývodů součástek Výslednéparametry jsou závislétakéna povrchové úpravě pájených ploch - kontaminace slitiny, změna teploty tání i smáčecích charakteristik
Vlastnosti bezolovnatých spojů Dutiny uvnitř pájených spojů
Vlastnosti bezolovnatých spojů Menší lesklost spoje Povrch může vypadat různě -buď jako okenní námraza nebo jako pomerančová kůra. V obou případech je však pájený spoj v pořádku.
Vlastnosti bezolovnatých spojů Povrch pájených spojů je více zrnitý z důvodu větší tuhosti primárních dendritů v bezolovnatých pájkách.
Vlastnosti bezolovnatých spojů Horší smáčivost pájecích ploch NiAu povrch pájecích ploch OSP povrch
Vlastnosti bezolovnatých spojů Horší smáčivost pájecích ploch Nesmočenérohy pájecí plošky
Vlastnosti bezolovnatých spojů Horší smáčivost vývodů součástek Nesmočená měď u páskového vývodu. Ostrá hranice mezi vývodem a pájkou vypadá jako prasklina.
V prezentaci jsou použity instruktážní materiály těchto firem: CHALLENGING NEW TECHNOLOGIES
Miloš Drlík, 2004 Ústav mikroelektroniky FEKT VUT v Brně