Niniejszy artykuł jest zwięzłym podsumowaniem pracy badawczej zatytułowanej "Addressing Low-Temperature Rework Concerns", której autorami są Tim O'Neill, Jen Fijalkowski, Carlos Tafoya, Yuan Xu, Steve Hrcek (AIM Solder, Montreal, Quebec, Kanada), Leo Lambert (EPTAC Corporation, Manchester, NH, USA), Bob Willis (Chelmsford, Essex, Anglia) i S'ad Hamasha, Ph. D. (Auburn University, Auburn, AL, USA). Pełny artykuł badawczy został zaprezentowany na SMTAI 2022.
Znaczenie rozwiązywania problemów związanych z obróbką w niskich temperaturach
Niskotemperaturowe (LT), wysokobizmutowe stopy lutownicze zyskały duże zainteresowanie wśród producentów elektroniki użytkowej. Luty te oferują korzyści kosztowe w porównaniu z tradycyjnymi stopami srebra i stopami o niskiej zawartości srebra. Często jednak pomijane przy wdrażaniu stopów niskotemperaturowych są procesy przeróbki i lutowania po montażu.
Niniejszy artykuł odnosi się do kwestii przeróbek związanych z lutami niskotemperaturowymi i zawiera wskazówki dotyczące materiałów i technik przeróbek.
Wyzwanie lutowania w niskiej temperaturze
Niskotemperaturowe stopy lutownicze, zwłaszcza te zawierające bizmut, wykazują unikalne właściwości, które sprawiają, że ich wdrożenie jest wyzwaniem. Chociaż stopy zawierające bizmut oferują niższe temperatury topnienia, ich kruchość utrudnia produkcję drutu rdzeniowego z topnikiem. Jednak drut rdzeniowy z topnikiem jest często wybieranym lutowiem do przeróbek.
Ograniczenie to prowadzi do dwóch podejść do pokonania tego wyzwania. Pierwsze z nich polega na zastosowaniu wysokobizmutowego lutowia drutowego z zewnętrznym topnikiem. Drugie polega na zastosowaniu tradycyjnego lutowia drutowego z rdzeniem cynowo-srebrno-miedzianym (SAC) do przeróbki połączeń lutowanych w niskich temperaturach.
Metodologia eksperymentalna: Badanie wydajności regeneracji lutów niskotemperaturowych
Aby zbadać wydajność przeróbki lutów niskotemperaturowych, badanie obejmowało trzy warunki przeróbki.
- Warunek 1 wykorzystywał pastę Sn42/Bi57/Ag1 i drut rdzeniowy SAC305.
- W warunku 2 zastosowano pastę Sn42/Bi57/Ag1 z litym drutem Sn42/Bi57/Ag1 i topnikiem zewnętrznym.
- Warunek 3 wykorzystał pastę SAC305 i drut rdzeniowy SAC305 do przeróbki.
W celu oceny jakości połączenia lutowanego przeprowadzono analizę przekroju i testy wytrzymałości na ścinanie.
Wyniki i obserwacje: Ocena jakości i plastyczności połączeń lutowanych
Badanie wykazało, że obie metody były prawidłowe. Niskotemperaturowe stopy lutownicze stosowane w procesach SMT i PTH można z powodzeniem przerabiać za pomocą niskotemperaturowego drutu litego i ciekłego topnika. Można je również z powodzeniem przerabiać za pomocą drutu lutowniczego SAC305 z rdzeniem topnikowym.
Połączenia lutowane spełniły kryteria IPC klasy 1, 2 i 3, co wskazuje na ich niezawodność. Wyniki testu ścinania wykazały, że połączenia lutowane SAC były bardziej plastyczne niż ich odpowiedniki z łożyskami bizmutowymi.
Skuteczna regeneracja lutów niskotemperaturowych
Badania wykazały, że przeróbka lutów niskotemperaturowych jest możliwa przy użyciu odpowiednich technik i materiałów. Podczas gdy lity drut Sn/Bi wymaga starannego rozważenia odpowiedniego topnika, użycie drutu rdzeniowego z topnikiem SAC305 upraszcza proces przeróbki.
Badanie podkreśla również znaczenie szkolenia operatorów w zakresie obróbki niskotemperaturowej. Wynika to z faktu, że wyniki mogą być zmienne nawet w przypadku wysoko wykwalifikowanego operatora.
Obszary wymagające dalszych badań
Planowane są dalsze badania mające na celu ocenę wpływu stopów niskotemperaturowych na żywotność grotu lutownicy i sprzętu. Dodatkowo, planowane są badania nad łatwością czyszczenia ciemnych pozostałości topnika ze stopów niskotemperaturowych.