Badanie warunków montażu bezołowiowego i jakości bezołowiowych połączeń lutowanych podzespołów ultraminiaturowych do montażu powierzchniowego .

 
logo
 
Nazwa jednostki wykonującej projekt:

Instytut Tele- i Radiotechniczny
Kierownik projektu
dr Grażyna Kozioł

Dane do kontaktu:

ul. Ratuszowa 11, 03-450 Warszawa

tel.: 022 6190164

e-mail: grazyna.koziol@itr.org.pl; janusz.borecki@itr.org.pl

Projekt badawczy rozwojowy Nr  R02 041 02 dofinansowany przez 
Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego


Cel projektu :

Celem projektu było przygotowanie podstaw technologii bezołowiowego montażu powierzchniowego ultraminiaturowych podzespołów elektronicznych.

Głównym zadaniem projektu było określenie i rozwiązanie problemów badawczych i technologicznych, jakie powstają w wyniku nałożenia się na siebie w montażu elektronicznym dwóch innowacyjnych rozwiązań, jakimi są podzespoły ultraminiaturowe z wyprowadzeniami najczęściej ukrytymi pod obudową lub strukturą i nowe bezołowiowe materiały oraz warunki procesu lutowania, w jakich tworzone są połączenia lutowane tych podzespołów na płytce drukowanej.


                                                        Przedmiot projektu :

Termin „podzespoły ultraminiaturowe do montażu powierzchniowego” obejmuje podzespoły czynne i bierne o bardzo małych wymiarach, bezkońcówkowe lub z końcówkami w rastrze poniżej <0,75 mm rozmieszczonymi z dwóch lub czterech stron obudowy lub ukrytymi pod obudową. W projekcie badano:

  • Podzespoły do montażu powierzchniowego typu R/C o gabarycie 0402 i 0201;
  • Podzespoły typu mikroBGA o wymiarach 6 x 7 mm, z 48 kontaktami sferycznymi rozmieszczonymi na nośniku organicznym w rastrze 0,75 mm;
  • Podzespoły typu CSP o wymiarach 8x8 mm, ze 132 kontaktami sferycznymi rozmieszczonymi w 3 rzędach w rastrze 0,5 mm
  • Nieobudowane struktury półprzewodnikowego z umieszczonymi na nich kontaktami sferycznymi w przeznaczonymi do montażu typu flip-chip w warunkach lutowania bezołowiowego. W badaniach wykorzystano struktury 6,3 x 6,3 mm z 48 kontaktami sferycznymi o średnicy 178 µm, rozmieszczonymi w rastrze 457 µm. Wszystkie kontakty sferyczne były wykonane stopu bezołowiowego Sn95,5/Ag3,5/Cu1,0. Wszystkie struktury miały system ”daisy-chain” pozwalający na kontrolę ciągłości prądowej po montażu.

 

Te nowe, wysokozaawansowane podzespoły są odpowiedzią na nieustające wymagania przemysłu dotyczące wzrostu szybkości działania, funkcjonalności, nieuszkadzalności oraz miniaturyzacji sprzętu elektronicznego.

Lutowanie bezołowiowe podzespołów ultraminiaturowych jest procesem trudnym ze względu na wysokie temperatury lutowania, słabą zwilżalność stopów bezołowiowych zawartych w paście lutowniczej, ograniczone samocentrowanie podzespołów bezołowiowych, małe wymiary pól lutowniczych i odległości miedzy nimi. Czynniki te powodują, że wszystkie operacje technologiczne, mają zasadniczy udział w formowaniu prawidłowego połączenia lutowanego.

Proces montażu podzespołów ultraminiaturowych wymaga zastosowania szeregu nowych rozwiązań gwarantujących uzyskanie prawidłowych połączeń lutowanych. Jednocześnie należy zapewnić niezawodność pracy zespołu na płytce drukowanej, czyli odporność układu oraz połączeń na narażenia mechaniczne i czynniki środowiskowe.



Zadania do wykonania w ramach projektu:

1.    Opracowanie metodyki badań, metod i kryteriów oceny oraz kontroli jakości połączeń lutowanych podzespołów ultraminiaturowych 

2.    Opracowanie projektów i wykonanie testowych płytek drukowanych do badań i montażu podzespołów ultraminiaturowych

3.    Badania laboratoryjne i technologiczne bezołowiowych past lutowniczych w zależności od powłoki lutownej płytki drukowanej

4.    Ustalenie okna procesowego profilu lutowania podzespołów ultraminiaturowych w warunkach bezołowiowych. Dobór trzech podstawowych profili lutowania zapewniających integralność zmontowanego zespołu na płytce drukowanej

5.    Optymalizacja procesu drukowania i optymalizacja sposobu wykonania szablonu pod kątem podzespołów ultraminiaturowych

6.    Opracowanie optymalnego współczynnika kształtu i zasad projektowania szablonów

7.    Badanie wpływu rodzaju powłoki lutownej na mechanizm wad bezołowiowych połączeń lutowanych

8.    Badanie wpływu narastania wiskersów w procesie montażu bezołowiowego podzespołów ultraminiaturowych

9.    Badanie formowania się związków intermetalicznych w bezołowiowych połączeniach podzespołów ultraminiaturowych

10.   Badania wpływu warunków nanoszenia i ilości topnika na jakość i nieuszkadzalność połączeń lutowanych struktur flip chip

11.   Badania klimatyczne i starzeniowe bezołowiowych połączeń lutowanych

12.   Opracowanie biblioteki zdjęć zgładów metalograficznych bezołowiowych połączeń lutowanych  (zobacz więcej)

13.  Przygotowanie podstaw technologii bezołowiowego montażu powierzchniowego ultraminiaturowych podzespołów elektronicznych.