Kesan kejutan terma terhadap sambungan pateri berasaskan timah-perak-kuprum dengan unsur-unsur minor bagi pakej tatasusunan grid bebola

Abstract

Pes aloi pateri timah-perak-kuprum (SAC) digabungkan dengan unsur-unsur minor seperti antimoni (Sb), bismut (Bi), indium (In), dan nikel (Ni). Pes pateri ini seterusnya digunakan untuk menyambung komponen BGA dengan papan litar bercetak (PCB). Sebanyak empat komponen BGA digunakan yang terletak di bahagian atas dua BGA U106 dan U107 dan bahagian bawah dua BGA U105 dan U108. BGA pada PCB dicerminkan antara satu sama lain. Setiap saiz BGA 14 mm x 18 mm ± 0.1 mm, ketebalan maksimum 1.45 mm, terdiri daripada 272 bola pateri dan diameter bola BGA 0.45 mm ± 0.5 mm. Ketebalan PCB ialah 0.80 mm ± 0.08 mm dan terdiri daripada 12 lapisan kemasan permukaan pengawet kebolehpaterian organik (OSP). Pemasangan PCB bermula dengan percetakan pes pateri bahagian bawah menggunakan stensil, yang dengan tepat mendepositkan pes pateri pada bahagian bawah PCB. Kemudian, PCB bergerak dalam ketuhar aliran semula, yang mana komponen BGA diletakkan dengan tepat pada pes pateri yang telah digunakan. Seterusnya, PCB meneruskan penghantar dan memasuki ketuhar aliran semula untuk proses pematerian, melengkapkan pemasangan bahagian bawah. Proses seterusnya adalah pemasangan bahagian atas, mengikuti urutan yang sama: percetakan stensil, penempatan komponen, dan pematerian aliran semula. Ini memastikan bahawa keduadua sisi PCB dipasang dengan sambungan pateri dengan kebolehharapan dan kukuh. Untuk menilai kebolehharapan sambungan, ujian kejutan terma (TST) dilakukan pada pemasangan BGA dengan sambungan pateri yang dibentuk menggunakan aloi SAC yang diubah suai dengan unsur-unsur ini, dengan penilaian dilakukan pada T0, T1500, T1900, dan T2500 kejutan terma. Hasil menunjukkan bahawa unsur paduan minor memberikan kesan yang ketara terhadap tahap keretakan sambungan pateri BGA. Pes Pateri SAC menunjukkan tahap keretakan kumulatif tertinggi sebanyak 166.73%. Penambahan antimoni (Sb) dalam Pes Pateri berjaya mengurangkan tahap keretakan kepada 68.20%, menunjukkan keberkesanan Sb dalam meningkatkan ketahanan terhadap keletihan terma. Pes Pateri yang ditambah dengan In menunjukkan penambahbaikan dengan jumlah keretakan sebanyak 97.70%, menandakan peningkatan separa dalam ketahanan sambungan. Sebaliknya, Pes Pateri yang mengandungi Bi dan Ni mencatatkan jumlah keretakan sebanyak 123.81%, menunjukkan keberkesanan yang terhad dalam mengurangkan keretakan berbanding Sb dan In. Keputusan ini menunjukkan bahawa Sb merupakan unsur tambahan paling berkesan dalam meningkatkan kebolehharapan sambungan pateri di bawah tekanan haba, diikuti oleh In, manakala Bi dan Ni memberikan peningkatan yang terhad berbanding pateri SAC piawai. Selain itu, hasil menunjukkan bahawa In tidak memberi impak positif yang menyeluruh terhadap ketahanan kejutan terma. Penemuan ini menyumbang wawasan berharga mengenai peranan unsur-unsur minor dalam menyesuaikan prestasi termo-mekanik sambungan pateri SAC untuk aplikasi elektronik berkebolehharapan tinggi, terutamanya dalam peranti yang beroperasi di bawah tekanan terma yang signifikan. Penemuan ini menyumbang kepada kemajuan produk elektronik yang berkebolehharapan dan efisien, seperti pemacu keadaan pepejal terbenam (eSSD), dan memberikan panduan untuk ketahanan sambungan pateri dalam peranti elektronik generasi berikutnya.