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

Podstawa prawna
Umowa na dofinansowanie projektu rozwojowego nr R02 041 02 na podstawie decyzji Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego Nr 0521/R/T02/2007/02 z dnia 17.01.2007  pomiędzy Narodowym Centrum Badań i Rozwoju, a Instytutem Tele- i Radiotechnicznym

Termin realizacji
Projekt jest realizowany w latach 2007 – 2009.

Źródło finansowania
Projekt jest finansowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju z budżetu państwa.

Cel Projektu
Celem projektu było przygotowanie podstaw technologii bezołowiowego montażu powierzchniowego ultraminiaturowych podzespołów elektronicznych. Wykonane zostały badania wpływu istotnych czynników technologicznych i starzeniowych na jakość i nieuszkadzalność bezołowiowych połączeń lutowanych formowanych w procesie całkowicie bezołowiowego montażu powierzchniowego podzespołów ultraminiaturowych na różnych powłokach lutownych płytek drukowanych.

Opis 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. 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.

W oparciu o uzyskane wyniki badań powstał opis podstawowych operacji technologicznych procesu montażu podzespołów ultraminiaturowych na zautomatyzowanej linii technologicznej montażu elektronicznego, w skład której wchodzą: automatyczna sitodrukarka, automat do układania podzespołów z głowicą do układania podzespołów flip chip oraz konwekcyjny piec do lutowania rozpływowego.

Przedstawiony opis technologii dotyczy bezołowiowego montażu podzespołów ultraminiaturowych za pomocą dostępnych na rynku krajowym past lutowniczych opartych na stopie SAC z różną wielkością ziarna proszku (typ 3, 4 i 5) a także montażu podzespołów R/C, typu mikroBGA i CSP za pomocą past lutowniczych natomiast nieobudowanych struktur półprzewodnikowych techniką topnikowania zanurzeniowego.

W formie opracowań przedstawiono wyniki badań powstawania wad bezołowiowych lutowanych połączeń podzespołów ultraminiaturowych i struktur flip chip,  między innymi badanie wpływu rodzaju powłoki lutownej pd, formowania związków międzymetalicznych w połączeniach, narastania kryształów nitkowych (wiskerów), zjawiska zarazy cynowej oraz badanie wpływu operacji nanoszenia pasty lutowniczej i warunków bezołowiowego procesu lutowania.

Przedstawione zostały wyniki badań integralności złożonych zespołów elektronicznych zawierających podzespoły ultraminiaturowe i podzespoły standardowe w powiązaniu z rodzajem materiału bezołowiowego, sposobem jego nanoszenia (wykonywanie szablonów) i warunkami procesu lutowania.

Opracowano obszerną bibliotekę zdjęć zgładów metalograficznych bezołowiowych połączeń lutowanych (prawidłowych i wadliwych) z opisem czynników wpływających na mechanizm powstawania wad.

Wyniki prac stanowią bazę danych o materiałach do bezołowiowego lutowania podzespołów ultraminiaturowych, technologii lutowania rozpływowego, hermetyzacji podzespołów oraz  metod kontroli integralności zespołów elektronicznych. Przyczyniają się od zwiększenie ogólnej wiedzy dotyczącej istotnych problemów montażu bezołowiowego.

 

Zadania badawcze
W ramach projektu zostaną wykonane następujące zadania główne:

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

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

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

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 ultra miniaturowych

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

13. Przygotowanie podstaw technologii bezołowiowego montażu powierzchniowego ultraminiaturowych podzespołów elektronicznych

Biuro projektu
Instytut Tele- i Radiotechniczny
ul. Ratuszowa 11
03-450 Warszawa

mgr inż. Wojciech Stęplewski

wojciech.steplewski@remove-this.itr.org.pl

tel.: (48-22) 590-73-53

Realizatorzy projektu

Zespół naukowy

mgr inż. Marek Kościelski, tel. (48-22) 590-73-55– Kierownik Projektu

dr inż. Krystyna Daniela Kujawa-Bukat

dr inż. Janusz Leszek Sitek, tel. (48-22) 590-73-57

mgr inż. Aneta Araźna, tel. (48-22) 619 22 41 wewn. 354

mgr inż. Wojciech Stęplewski, tel. (48-22) 590-73-53

Obsługa administracyjna
mgr inż. Paweł Główka tel. (48-22) 590-73-07