Piirilevypinnoitteen vaikutus lyijyttömän pintaliitostekniikan luotettavuuteen

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Electrical Engineering | Master's thesis
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Date
2010
Department
Elektroniikan, tietoliikenteen ja automaation tiedekunta
Major/Subject
Elektroniikan valmistustekniikka
Mcode
S-113
Degree programme
Language
fi
Pages
[9] + 61
Series
Abstract
Several solders and surface finishes used traditionally in electronics manufacturing contained lead. Because of the so-called RoHS-directive by European Commission, a transition to lead-free alternatives had to he made. The purpose of this study was to give an overview of the lead-free alternatives, to evaluate the effect different surface finishes have on the reliability of lead-free surface mount solder joints and to evaluate the suitability of the surface mount assembly line at Laukamo Electromec Oy for lead-free process. For this purpose a test board was made with four different lead-free surface finishes and a selection of lead-free components. Lead-free SnAgCu solder paste was used. To evaluate the reliability of the assembled board's three separate tests were used: temperature cycling, drop test and a combination test consisting of relatively short temperature cycling followed by drop testing. No faults were observed during the temperature cycling test that lasted for six weeks. Drop testing was continued until joints failed. Out of the tested surface finishes immersion tin and organic solderability preservative showed good reliability under both drop-testing conditions. Lead-free solder coating performed relatively well in as reflowed drop testing, but had the worst reliability after annealing via temperature cycling. Electrodes nickel/immersion gold finish faired rather poorly in as-reflowed drop testing. Surprisingly it showed considerably higher reliability after annealing and was the most reliable surface finish in combined test. Based on these results it was concluded that the assembly line at Laukamo Electromec Oy can he used in lead-free manufacturing and all of the surface finishes have adequate reliability properties to be used in manufacturing, as long as certain inherent limitations of certain finishes are kept in mind concerning shelf life and tolerance to multiple heat treatments.

Elektroniikkateollisuuden pitkään käyttämistä perinteisistä juote- ja pinnoitemateriaaleista suurin osa on sisältänyt lyijyä. Näistä hyvin tunnetuista materiaaleista täytyi RoHS-direktiivin voimaantulon myötä siirtyä lyijyttömiin vaihtoehtoihin. Tämän työn tarkoituksena oli tarjota katsaus lyijyttömiin vaihtoehtoihin, tutkia piirilevypinnoitteiden vaikutusta juoteliitoksen luotettavuuteen lyijyttömässä pintaliitostekniikassa sekä varmistaa Laukamo Electromec Oy:n elektroniikkatehtaan tuotantolinjan soveltuminen lyijyttömään tuotantoon. Tätä tarkoitusta varten valmistettiin testilevy neljällä eri pinnoitteella ja valikoimalla lyijyttömiä komponentteja. Juotteeksi valittiin SnAgCu-juote. Luotettavuuden arviointiin käytettiin lämpösyklaus- ja pudotustestausta sekä näiden yhdistelmää. Kaikki testatut levyt kestivät kuuden viikon lämpösyklaustestin. Pudotustestausta jatkettiin levyjen vaurioitumiseen asti. Testatuista pinnoitteista luotettavimmiksi osoittautui immersiotina ja orgaaninen suojapinnoite. Lyijyttömän kastopinnoitteen kestävyys yhdistelmätestissä oli joukon huonoin, vaikka pudotustestissä se osoitti orgaanisen pinnoitteen kanssa samanlaista kestävyyttä. NiAu-pinnoite oli heikoin pelkässä pudotustestissä, mutta oli yhdistelmätestissä kaikkein pitkäikäisin. Tulosten perusteella todettiin, että elektroniikkatehtaan tuotantolinja on lyijyttömään tuotantoon soveltuva, ja että kaikkia piirilevypinnoitteita voidaan käyttää menestyksekkäästi luotettavan elektroniikan valmistuksessa, kunhan huomioidaan kunkin pinnoitteen asettamat rajat esimerkiksi varastoinnin ja juotoskertojen lukumäärän suhteen.
Description
Supervisor
Paulasto-Kröckel, Mervi
Thesis advisor
Jakala, Hannu
Keywords
lead-free, lyijytön, surface finish, piirilevypinnoite, drop testing, pudotustestaus, reliability, luotettavuus
Other note
Citation