Juotosmurtumat lyijyttömässä aaltojuotoksessa

Abstract

Elektroniikkatuotannossa käytettävien lyijyä sisältävien materiaalien korvaaminen lyijyttömillä vaihtoehdoilla ei ole niin yksinkertaista, miltä se kuulostaa. Vaikka suuri osa materiaaleista muuttuukin, niin muutoksilla ei saa olla negatiivisia vaikutuksia tuotteiden luotettavuuteen.

Diplomityössä tutkittiin lyijyttömillä juotteilla esiintyviä juotosmurtumia. Tavoitteena oli saada selville juotosmurtumia aiheuttavia ominaisuuksia materiaaleissa sekä selvittää aaltojuotoksen prosessiparametrien vaikutus murtumien syntymiseen.

Tässä työssä tarkasteltiin alieutektisella tina-hopea-kupari (Sn/3.0Ag/0.5Cu)-juotteella varustetulla aaltojuotoslaitteistolla juotettuja testisarjoja. Juotoslaatua verrattiin eutektisella tina-kupari-nikkeli (SN100C)-juotteella juotettuihin piirilevyihin. Tutkimusta varten suunniteltiin testipiirilevy, jossa käytettiin ainoastaan lyijyttömiä komponentteja. Tutkimuksessa käytettiin kahta eri laminaattimateriaalia sekä kahta eri johdinpinnoitetta.

Testilevyjä rasitettiin satunnaistärinätestillä sekä sääkaapissa lämpötilasyklillä. Juotosliitosten laatua ja luotettavuutta tutkittiin valo-, röntgen- ja elektronimikroskoopin avulla.

Replacing the lead containing materials with lead free alternatives in electronics manufacturing in not as simple as it sounds like. While the materials will change, the change must not have a negative influence on the reliability of the products.

The thesis investigates the solder cracks that appear when soldering with lead free solders. The aim was to point out the properties in materials that can cause fractures and to clear up the effects of the wave soldering process parameters to solder cracking.

The examined wave soldered test series were soldered with hypoeutectic tin-silver-copper (Sn/3.0Ag/0.5Cu)-solder. The soldering quality was compared to test boards soldered with eutectic tin-copper-nickel (SN100C)-solder. For the study, a test board was designed in which only lead free components were used. Two different PCB laminate materials and surface finishes were used.

Test boards were stressed with random vibration and temperature cycling. Soldering quality and the reliability of the solder joints were inspected with light, x-ray and electron microscopes.