Effect of lead-free solder, palladium metallization and reflow profile on reliability of cellular phone

Abstract

Työssä tutkittiin lyijyttömän juotteen, palladium-pinnoitteen sekä juotoslämpötilan vaikutusta matkapuhelimen juoteliitosten luotettavuuteen erilaisissa rasitusolosuhteissa. Kirjallisuusosassa on vertailtu yhtä lupaavimmista lyijyttömistä juotteista, SnAgCu:a perinteiseen tina-lyijyjuotteeseen. SnAgCu on osoittautunut erittäin varteenotettavaksi vaihtoehdoksi mm. juotettavuus- ja mekaanisten ominaisuuksiensa vuoksi. Lisäksi juote soveltuu sellaisenaan nykyisiin pintaliitosprosesseihin. Lisäksi kirjallisuusosassa on käsitelty luotettavuuden merkitystä elektroniikassa, pintaliitosprosessia, yleisimpiä vikamekanismeja juoteliitoksissa sekä palladiumin ominaisuuksia piirilevypinnoitteena.

Kokeellisessa osassa tutkittiin, miten lyijytön juote ja palladium-pinnoitteen paksuus sekä juotoslämpötila vaikuttivat juoteliitosten mekaanisiin ja termomekaanisiin ominaisuuksiin. Nykyisissä valmistusprosesseissa käytettäviä SnPb-juotetta sekä Ni-P/Au-pinnoitetta käytettiin referensseinä. Mekaanisissa ja termomekaanissa kokeissa vertailtiin CSP-komponentin ja 0402-keraamivastusten juoteliitosten ominaisuuksia. Juoteliitosten analysoinnissa käytettiin optista mikroskopiaa sekä pyyhkäisyelektronimikroskopiaa (SEM).

Lyijytön SnAgCu-juote osoittautui kokeissa vähintään yhtä luotettavaksi, tai paremmaksi kuin perinteinen SnPb-juote. SnPb-juotteen kanssa palladium-pinnoite ei parantanut juoteliitosten luotettavuutta verrattuna Ni-P/Au-pinnoitteeseen. Lyijyttömän juotteen kanssa 0.5µm paksu palladium-pinnoite antoi hyvät termomekaaniset ominaisuudet juoteliitoksille. Suurin ongelma juotosliitoksissa oli rajapinnoilla esiintyvät huokoset, jotka heikensivät liitosten luotettavuutta mekaanisissa ja termomekaanisissa testeissä.