В ходе открытого тестирования надежности паяных соединений в рамках испытания оборудования, состоявшегося в январе 2008 г. в Стокгольме, были получены поразительные результаты. Стало очевидным, что многие компоненты не выдерживают высоких температур оплавления бессвинцовых припоев, а многие поставщики оборудования для поверхностного монтажа сталкиваются со значительными трудностями при работе с корпусами QFN и другими компонентами, которые после оплавления разворачиваются на длинное ребро (bill boarding). При этом оборудование некоторых поставщиков показало хорошие результаты.
С момента вступления в силу принятой в 2003 г. Директивы, запрещающей использование вредных веществ (RoHS), не разрешается использовать свинец в электронной продукции, предназначенной для внутреннего рынка ЕС. Однако переход на бессвинцовую пайку вызвал определенные трудности. Для большей части отраслевых компаний вопрос о надежности паяных соединений встал неожиданно остро. Открытое исследование надежности паяных соединений в реальных рабочих условиях проводилось на самой крупной в странах Скандинавии выставке
Electronics/EP 2008. Девять марок бессвинцовых паст уже проверялись на этой выставке в 2002 г. в ходе воссоздания рабочих условий в режиме реального времени. Результаты оказались неоднозначными и, по правде говоря, неутешительными. За более чем 60 лет до наступления ХХI в. мировая электронная промышленность уже в совершенстве овладела пайкой с применением эвтектических оловянно-свинцовых сплавов
(Sn63-Pb37), благодаря которой обеспечивалась почти идеальная повторяемость результатов.
Многие поставщики проявили заинтересованность в проведении испытаний, организованных руководством выставки Electronics/EP с целью помочь электронной промышленности в вопросе обеспечения надежности паяных соединений. При планировании мероприятия в этом году стало очевидным, что с 2002 г. произошли определенные положительные сдвиги, связанные не только с созданием паяльных паст. К числу таких изменений относится появление каплеструйного принтера MY500 компании MYDATA, печи для оплавления припоя V8 компании Rehm и систем парофазной пайки компании Asscon. Производители оборудования также доработали существующие модели, чтобы обеспечить высокое качество паяных соединений.
Поскольку количество возможных комбинаций параметров было чрезвычайно большим, для корректной оценки результатов исследования потребовалось отследить параметры каждой отдельной собранной платы и создать условия для качественного тестирования и работы испытательной установки в режиме реального времени.
Непосредственно на выставочной площади были сооружены две производственные линии, состоящие из новых машин, которыми управляли специалисты компаний-поставщиков, а также тестовой лабораториии. Вся паяльная паста поступала из неоткрытых емкостей, а платы были изготовлены не ранее чем за 3—4 недели до начала испытаний. Производственные площадки были полностью открыты для посетителей выставки, во время которой на оборудовании собирались два вида печатных плат различной сложности и в разных количествах. Всем собранным печатным платам присваивался уникальный серийный номер. После монтажа компонентов и пайки платы проходили осмотр и тщательно тестировались, после чего сохранялись для проведения дальнейшего исследования аттестованными инспекторами IPC в соответствии со стандартом IPC-A-610D, класс 2, из местной компании, занимающейся контрактным производством электроники.
Первые результаты контроля плат с помощью растрового акустического микроскопа ясно показали, что многие компоненты не выдерживают высоких температур оплавления, применяемых в бессвинцовом технологическом процессе. Растровые акустические микроскопы стали использоваться в этой отрасли относительно недавно. По сравнению с рентгеновским или оптическим контролем, растровые акустические микроскопы гораздо лучше обнаруживают расслоение плат и трещины в электронных компонентах и паяных соединениях.
В результате контроля выяснилось, что у производителей печатных плат чаще всего возникают значительные трудности при работе с корпусами QFN (Quad Flat No lead), которые пользуются большой популярностью у производителей компонентов и разработчиков электронных изделий. На рисунках 1, 2 и 3 показано, что метод нанесения паяльной пасты, покрытие поверхности печатной платы и состав паяльной пасты являются основными факторами, определяющими качество пайки.
 |
|
Рис. 1. Процент бракованных паяных соединений для компонентов QFN в зависимости от метода нанесения паяльной пасты
|
 |
|
Рис. 2. Процент бракованных паяных соединений для компонентов QFN в зависимости от покрытия печатной платы
|
 |
|
Рис. 3. Процент бракованных паяных соединений для компонентов QFN в зависимости от сплава металлов, используемого в паяльной пасте
|
Результаты этого исследования были представлены на проходившей в сентябре в Стокгольме конференции Tillförlitlighet 2008, посвященной вопросам обеспечения надежности. На этом мероприятии присутствовали представители различных секторов рынка, в т.ч. телекоммуникационного, автомобильной электроники, медицинской и военной техники, а также контрактные производители.
 |
|
Рис. 4. Процент брака, связанного с разворотом компонента на длинное ребро в зависимости от способа нанесения паяльной пасты
|
 |
|
Рис. 5. Процент брака, связанного с разворотом компонента на длинное ребро в зависимости от покрытия печатной платы
|
Вернер Энгельмайер (Werner Engelmaier), международно признанный эксперт в вопросах надежности паяных соединений и председатель комиссии Product Reliability Committee организации IPC, изложил свои взгляды на суть дела и, в частности, призвал делегатов конференции приложить усилия для всестороннего изучения физических процессов, определяющих надежность электронной продукции, иначе этот вопрос никогда не будет решен.