Pengecilan sambungan pateri secara berterusan dalam peranti mikroelektronik menyebabkan sambungan tersebut menanggung lebih banyak beban mekanikal, elektrik dan termodinamik, di samping peningkatan keperluan dari segi kebolehpercayaannya. Teknologi pembungkusan elektronik termasuk SMT (Surface Mount Technology), CSP (Chip-Scale Package) dan teknologi BGA (Ball Grid Array) perlu melaksanakan sambungan elektrik dan mekanikal yang kukuh antara bahan yang berbeza melalui sambungan pateri supaya kualiti dan kebolehpercayaan sambungan menentukan kualiti dan kebolehpercayaan produk elektronik. Kegagalan walaupun hanya satu sambungan pateri berkemungkinan menyebabkan kerosakan sepenuhnya produk elektronik. Oleh itu, cara memastikan kualiti sambungan pateri merupakan perkara yang amat penting bagi produk elektronik moden.
Pateri SnPb tradisional mengandungi Pb (plumbum) yang, bersama-sama dengan sebatian kimia plumbum, merupakan bahan yang sangat toksik sehingga penggunaan jangka panjangnya akan membawa kerosakan yang amat teruk kepada kehidupan manusia dan alam sekitar. Sehingga kini, pateri bebas plumbum sentiasa menggantikan pateri berplumbum kerana kelebihannya dari segi perlindungan alam sekitar. Walau bagaimanapun, pembuatan bebas plumbum berbeza daripada pembuatan berplumbum dalamProses PCBA (Pemasangan Papan Litar Bercetak)dengan parameter diubah suai. Oleh itu, adalah sangat penting untuk memahami sepenuhnya perbandingan antara prosedur pembuatan pematerian berplumbum dan pematerian bebas plumbum dalam PCBA supaya prestasi dan fungsi produk elektronik tidak terjejas oleh pertimbangan alam sekitar.
Perbandingan Sifat antara Pateri Bebas Plumbum dan Pateri Plumbum
• Pateri bebas plumbum mempunyai takat lebur yang lebih tinggi berbanding pateri berplumbum.
a. Takat lebur pateri eutektik plumbum tradisional (Sn37Pb) ialah 183°C.
b.Takat lebur pateri eutektik bebas plumbum(SAC387) ialah 217°C.
Oleh kerana pateri eutektik bebas plumbum (SAC387) mempunyai takat lebur 34°C lebih tinggi berbanding pateri eutektik berplumbum tradisional (Sn37Pb), akibatnya ialah:
1). Peningkatan suhu selepas itu menyebabkan pateri mudah teroksida dengan sebatian kimia yang cepat terbentuk di antara logam.
2).Beberapa komponen seperti yang mempunyai pakej plastik atau kapasitor elektrolit cenderung lebih terjejas oleh suhu pematerian berbanding elemen lain.
3). Aloi SAC akan membawa tekanan yang lebih besar kepada komponen sehingga komponen dengan pemalar dielektrik yang rendah akan lebih mudah mengalami kegagalan.
4). Pelbagai jenis permukaan pematerian tersedia pada permukaan pateri bebas plumbum komponen. Penggunaan timah dalam pateri lebih banyak digunakan kerana kosnya yang rendah. Walau bagaimanapun, satu lapisan pengoksidaan nipis cenderung terbentuk pada permukaan timah. Selain itu, tegasan berkemungkinan terhasil selepas penyaduran elektrik. Akibatnya, misai timah cenderung terbentuk.
• Pateri bebas plumbum mempunyai kebasahan yang lebih buruk berbanding pateri berplumbum.
Berbanding dengan pateri berplumbum, pateri bebas plumbum mempunyai kebasahan yang jelas lebih rendah daripada pateri berplumbum. Kebasahan yang buruk cenderung menyebabkan sambungan pateri berfungsi terlalu lemah untuk memenuhi keperluan dari segi keupayaan penentukuran kendiri, kekuatan tegangan dan kekuatan ricih. Kebasahan yang buruk berkemungkinan membawa kepada kadar penolakan sambungan pateri yang lebih tinggi apabila pengubahsuaian tidak dilaksanakan untuk mengimbangi kelemahan ini.
• Perbandingan antara pateri bebas plumbum dan pateri berplumbum dari segi ciri fizikal.
Jadual di bawah menunjukkan perbezaan ciri fizikal antara pateri bebas plumbum dan pateri berplumbum.
|
Item
|
Sn37Pb
|
SAC387
|
Sn0.7Cu
|
| Ketumpatan (g/m2) |
8.5 |
3.5 |
3.31 |
| Takat Lebur (°C) |
183 |
217 |
227 |
| Rintangan (MΩ-cm) |
15 |
11 |
10-15 |
| Kekonduksian Elektrik (IACS) |
11.5 |
15.6 |
/ |
| CTE (×10-4) |
23.9 |
23.5 |
/ |
| Kekonduksian Terma (W/m·1k·1s) |
50 |
73 |
/ |
| Ketegangan Permukaan 260°C (mN/m) |
481 |
548 |
491 |
| Jangka Hayat Keletihan |
3 |
1 |
2 |
| Kekuatan Ricih (MPa) |
23 |
27 |
20-23 |
Seperti yang digambarkan dalam jadual di atas, pateri bebas plumbum pasti akan membawa pengaruh buruk terhadap kebolehpercayaan sambungan pateri disebabkan perbezaan prestasi pateri berbanding dengan pembuatan pateri plumbum tradisional. Dari perspektif pengaruh mekanikal, pateri bebas plumbum tipikal adalah lebih keras daripada pateri plumbum. Selain itu, oksida permukaan yang terhasil, bahan cemar fluks dan sisa aloi berkemungkinan membawa kepada prestasi yang buruk pada sentuhan elektrik dan rintangan sentuhan. Oleh itu, penukaran produk elektronik daripada pembuatan berplumbum kepada bebas plumbum tidak pernah sekadar penggantian semata-mata sama ada dari segi elektrik atau mekanikal atas sebab-sebab berikut:
a. Oleh kerana plumbum agak lembut, sambungan pateri yang dihasilkan melalui pembuatan bebas plumbum adalah lebih keras berbanding yang dihasilkan melalui pembuatan berplumbum, menyebabkan keamatan yang lebih tinggi dan perubahan yang lebih kecil, yang, walau bagaimanapun, pastinya akan membawa kepada kebolehpercayaan tinggi bagi sambungan pateri bebas plumbum.
b. Oleh kerana pateri bebas plumbum mempunyai kebasahan yang lemah, lebih banyak kecacatan akan timbul termasuk kekosongan, anjakan dan fenomena komponen berdiri tegak.
Keprihatinan Menyeluruh terhadap Pembuatan Bebas Plumbum
Apabila beralih daripada pateri berplumbum kepada pateri bebas plumbum, perbezaan yang paling ketara terletak pada kandungan timah yang tinggi (>95%Wt). Oleh itu, isu-isu berikut harus diberi tumpuan terlebih dahulu.
• Pertumbuhan Tin Whisker
Rambut timah tumbuh dari bahagian lemah lapisan oksida timah sebagai timah monokristal, berbentuk lajur atau filamen silinder. Kerosakannya termasuk:
a. Pintasan mungkin berlaku antara pin yang bersebelahan.
b. Pengaruh buruk mungkin terhasil terhadap ciri frekuensi tinggi.
Tekanan tegasan wujud dalam lapisan pateri timah, yang dianggap sebagai punca utama pembentukan misai timah. Sebagai contoh, apabila banyak aloi logam Cu6Sn5 yang tidak teratur terbentuk, sejumlah besar kecacatan akan terhasil termasuk pengumpulan tekanan tegasan pada lapisan timah, ubah bentuk pin komponen dan ketidakpadanan pekali pengembangan terma (CTE), yang kesemuanya akan menyebabkan pembentukan misai timah. Aloi timah tinggi akan membawa kepada pembentukan misai timah, yang khususnya ketara pada timah tulen. Walau bagaimanapun, banyak aloi logam seperti Pb atau Bi boleh menghentikan atau menghalang pertumbuhan misai timah.
Bulu timah berkemungkinan menyebabkan litar pintas pada komponen berjalur halus, contohnya QFP. Oleh itu, timah tulen boleh disadur pada produk dan komponen gred rendah yang jangka hayatnya kurang daripada 5 tahun. Bagi produk berkeandalan tinggi dan komponen yang jangka hayatnya perlu melebihi 5 tahun, satu lapisan nikel hendaklah disadur terlebih dahulu dengan ketebalan kurang daripada 1μm dan kemudian disusuli dengan lapisan timah dengan ketebalan 2–3μm.
• Pertumbuhan Dendrit Logam
Ciri dendrit logam mempunyai prosedur pertumbuhan yang berbeza daripada rerambut timah. Yang pertama terhasil daripada elektromigrasi ion dalam elektrokimia. Dendrit logam akan menyebabkan litar pintas yang seterusnya akan mengakibatkan kegagalan litar.
• Penjanaan CAF
Filamen anod konduktif (CAF) ialah satu lagi jenis kegagalan yang terhasil daripada tindak balas elektrokimia. CAF berlaku di dalam papan PCB, disebabkan oleh filamen konduktif anod yang mengandungi kuprum yang tumbuh dari anod ke katod.
CAF berkembang sehingga apabila anod dan katod disambungkan dengan litar pintas yang berlaku antara dua kutub, akhirnya membawa kepada bencana yang dahsyat. CAF merupakan satu bencana bagipemasangan PCB berketumpatan tinggidan pateri bebas plumbum dengan suhu yang lebih tinggi menjadikan isu ini lebih mudah berlaku.
• Wabak Timah
Wabak timah terhasil daripada perubahan fasa polimorfisme spontan timah tulen. Apabila suhu lebih rendah daripada 13°C, timah tulen akan menyebabkan penukaran daripada timah putih (ketumpatannya ialah 7.30g/cm3) terbit daripada struktur segi empat pusat kepada timah kelabu (ketumpatan ialah 5.77g/cm3) dalam struktur kubus berpusat. Secara teori, penyakit timah akan membawa kepada potensi risiko kebolehpercayaan tetapi ia jarang diperhatikan kerana kekotoran bercampur ke dalam timah.
Isu yang dibincangkan di atas merupakan kemungkinan kecacatan apabila pateri bebas plumbum digunakan. Walau bagaimanapun, ia boleh dihapuskan selagi teknologi pematerian termaju dimanfaatkan semasa proses PCBA.
PCBCart Menawarkan Teknik Pembuatan Pemasangan Dengan Pateri Plumbum dan Tanpa Plumbum Untuk PCBA
Kami memahami bahawa projek yang berbeza memerlukan teknik pematerian yang berbeza. Untuk memenuhi semua keperluan pelanggan, kami menawarkan kedua-dua Teknik Pematerian Berplumbum dan Teknik Pematerian Bebas Plumbum untuk pemasangan papan litar bercetak. Ingin tahu berapa kos kerja Pemasangan PCB anda? Klik butang berikut untuk mendapatkan sebut harga PCBA, ia tidak memerlukan walau satu sen pun!
Meminta Sebut Harga Pemasangan PCB - Pateri Berplumbum/Tanpa Plumbum
Sumber yang Berguna
•Perkhidmatan Pembuatan PCB Ciri Penuh
•Perkhidmatan Pemasangan PCB Lanjutan dengan Pelbagai Pilihan Nilai Tambah
•Pengenalan Teknologi Pembuatan PCB Bebas Plumbum
•Aplikasi Teknologi Pin-in-Paste (PIP) dalam PCB Bebas Plumbum dengan Kemasan Permukaan OSP
•Perbandingan Kebolehpercayaan antara Sambungan Pateri Berplumbum dan Bebas Plumbum
