Использование свинца

Oct 22, 2023

Время чтения (слов)

Некоторые сегменты электронного рынка по-прежнему освобождены от ограничений на использование материалов, не содержащих свинец, таких как законодательство об ограничении использования опасных веществ (RoHS). Эти сегменты рынка, как правило, представляют собой электронику, используемую в суровых условиях и/или имеющую критически важные для жизни/системы функциональные возможности. Хотя в этих сегментах рынка, включая авиационное оборудование, можно использовать припои, содержащие свинец, становится все труднее закупать современные компоненты в конфигурациях, не соответствующих требованиям ROHS. Команды разработчиков продуктов, которые продолжают использовать процессы пайки оловом/свинцом, сталкиваются с дилеммой: как использовать в процессах сборки компоненты с шариковой решеткой (BGA), которые доступны только со сферами припоя, не содержащими свинца. В этой статье обсуждаются несколько аспектов использования бессвинцовых компонентов BGA в процессе пайки оловом/свинцом: (1) смешанная металлургия; (2) затвердевание; (3) оловянные бакенбарды. Будут обсуждаться возможные методологии утилизации без ущерба для целостности продукта.

Концерн смешанной металлургии

Экологическое законодательство оказало значительное влияние на электронную промышленность с точки зрения набора материалов, используемых в электронных продуктах. Запрет на использование таких материалов, как кадмий, шестивалентный хром, ртуть и свинец, устранил ряд электронных компонентов и процессов обработки материалов, которые исторически использовались при производстве электронных продуктов. Удаление свинца из припоев, возможно, оказывает наибольшее влияние на электронные изделия из-за его роли основного материала с механическими и электрическими функциональными возможностями. На рисунке 1 показано, как глобальные тенденции использования припоев показывают замену припоев оловянно-свинцовых сплавов бессвинцовыми припоями с 2004 года, как это отслеживается Глобальной статистической программой по припоям IPC.

Команды разработчиков продуктов, которые продолжают использовать процессы пайки оловом/свинцом, сталкиваются с дилеммой: как использовать компоненты BGA, которые доступны только с шариками припоя, не содержащими свинца. Сочетание сплава паяльной пасты олово/свинец с компонентом BGA с шариками припоя, не содержащими свинца, приводит к микроструктуре паяного соединения «смешанной металлургии», которая имеет плохую целостность паяного соединения во многих средах использования продукта. Три отраслевых решения стали приемлемыми методологиями для решения потенциальной проблемы целостности паяных соединений в смешанной металлургии (т.е. бессвинцовые детали, используемые в сборке олово/свинец, состояние). Первое решение состоит в том, чтобы отправить бессвинцовый компонент BGA во внешнюю сервисную службу для «перепайки» (т. е. шарики бессвинцового припоя удаляются и заменяются шариками припоя из олова/свинцового сплава). Процесс реболлинга оказался надежным при условии строгого соблюдения технологических процедур. Преимущество компонента BGA с реболлингом заключается в том, что он прозрачен для процесса пайки оловом/свинцом; Недостатками являются стоимость и время, необходимые для замены компонента BGA.

Рисунок 1: Мировые тенденции использования припоя. (Глобальная статистическая программа IPC по припоям)

Реболлинг BGA-компонента требует контроля нескольких ключевых параметров процесса: уровня чувствительности к влаге, температуры/времени удаления/прикрепления шариков припоя и чистоты реболлингового компонента BGA. Функциональное тестирование компонентов необходимо, чтобы гарантировать отсутствие дефектов процесса или компонентов в результате процесса реболлинга. Следующий пример иллюстрирует, как проведение комплексной проверки функциональной оценки предотвращает попадание в продукцию дефектных переработанных BGA.

Во время испытаний прототипа BGA-компонента были обнаружены функциональные ошибки. Рассматриваемый компонент BGA был приобретен у поставщика компонентов как бессвинцовый BGA и впоследствии повторно обработан с использованием эвтектического сплава олова и свинца. Рентгеновский снимок подозрительного BGA выявил чрезмерное образование пустот в паяном соединении.

Фигура 2:Рентгеновское изображение подозреваемого BGA.

Отраслевые исследования показали, что пустоты в BGA, как правило, не являются проблемой целостности паяного соединения, а являются четким индикатором проблемы с конструкцией контактной площадки или процессом пайки. В контактах BGA не использовалась технология микроотверстий, поэтому первоначально считалось, что основной причиной образования пустот является проблема, связанная с отложением паяльной пасты или профилем оплавления. На рисунке 2 показано чрезмерное образование пустот, наблюдаемое в паяных соединениях BGA во время рентгеновской оценки.