Kravspecificering och verifiering av

Relevanta dokument
Kompetensnav för Tillförlitlig Elektronikhårdvara (KTE)

Kompetensnav för Tillförlitlig Elektronikhårdvara (KTE)

Blyfri Elektronik för krävande fordonsapplikationer

Blyfri elektronik. Lisa Nyström, Volvo 3P. Volvo 3P Lisa Nyström

EQS Centrum Elektronikkvalitet genom samverkan

Blyfritt lod SN100C, framtidens standard?

Produktgrupper. Utrustningar för: Hålmontering Ytmontering Avsyning och Test Kablagetillverkning Specialprojekt

Bristande tillförlitlighetskunnande ett hot mot elektroniktillverkande och elektronikberoende svenska företag

Tillförlitlighet 2010

Blyfritt lod SN100C, framtidens standard?

Sänk kostnaderna i Kretskortsfabriken. Arendal Måndag September 22, Lars-Olof Wallin. IPC European Representative

TEKNISKA BESTÄMMELSER FÖR ELEKTRISK UTRUSTNING

Kvalitetskontroll / felanalys av elektronik

Information om uppdateringar av IPC Standarder IPC-6012C, IPC-600H, J-STD-001E & IPC-610E

Metodprov för kontroll av svetsmutterförband Kontrollbestämmelse Method test for inspection of joints of weld nut Inspection specification

MTEK Rönninge. Lars-Gunnar Klang, MSc Tel:

Pressmeddelande från Innovationsprogrammet Smartare Elektroniksystem

Inbjudan till. EQS Centrum. Elektronikkvalitet genom samverkan och lean produktutveckling

FÖRSVARETS MATERIELVERK FÖRSVARSSTANDARD FSD 5139

Ringmaster RM3 - RM 5 RM3 RM 4 RM 5

Produktens väg från idé till grav

Oförstörande provning (NDT) i Del M Subpart F/Del 145-organisationer

IPC Del: 2. Systematiskt användning av IPC Standarder! Villkor för att nå IPC Klass 3!

FÖRSVARSSTANDARD FÖRSVARETS MATERIELVERK 1 1 (5) SKYDDSLACKERING AV KRETSKORT 1 ALLMÄNT

Med mjuklödning avses lödning med tillsatsmaterial, vars smältpunkt ligger under 450 C.

SOLAR LIGHT SOLUTION. Giving you the advantages of sunshine. Ningbo Green Light Energy Technology Co., Ltd.

Bas Material för Mönsterkort. Ursprunget till alla Mönsterkort!

STANDARD. UTM Ingegerd Annergren UTMS Lina Orbéus. UTMD Anders Johansson UTMS Jan Sandberg

MTEK Rönninge. Lars-Gunnar Klang, MSc Tel:

Ackrediteringens omfattning

Transporters samhällsekonomiska nytta och kostnader - Kan detta mätas i monetära medel? Magnus Swahn

Jan Österholm Ruukki Metals

Thomas Stenberg

FÖRSVARETS MATERIELVERK FÖRSVARSSTANDARD FSD 5138

KTH Royal Institute of Technology

/2' Består av tenn legerat med bly

Nya upphandlingsdirektiv och upphandling av livsmedel

Bridging the gap - state-of-the-art testing research, Explanea, and why you should care

Kompetens på Certifying Staff i POA? Checklista vid release med FORM 1?

Flexible Assembly of Environmental Cars

MCP-16RC, Air Purification

Olga Motorina / DEKRA Industrial Mekaniserad provning

TEKNISKA BESTÄMMELSER FÖR ELEKTRISK UTRUSTNING

Kristina Säfsten. Kristina Säfsten JTH

Molift Raiser 75135G Etac Box 203, Anderstorp Sweden Tel Fax

RADIATION TEST REPORT. GAMMA: 30.45k, 59.05k, 118.8k/TM1019 Condition D

Energimyndighetens stöd till FoU inom bredbandgapselektronik

Design, CAD & Produktion av Flex & Flex Rigid PCB mha IPC Standards. DNU Trondheim Lars-Olof Wallin. IPC European Representative

Samverkansformer och resultat av FFI HP projekt vid tillverkning av transmissionsdetaljer

Rengöringsindikatorer. Andreas Bengtsson Getinge Sverige AB

Elektronikkonstruktion och CAD/CAM av Flex- & Flex Rigid. Ett Flex föds och tar sina första stapplande steg?

ISO STATUS. Prof. dr Vidosav D. MAJSTOROVIĆ 1/14. Mašinski fakultet u Beogradu - PM. Tuesday, December 09,

GJUTEN ALUMINIUMPLATTA EN AW 5083 CAST ALUMINIUM PLATE EN AW 5083

DE TRE UTMANINGARNA..

Sara Skärhem Martin Jansson Dalarna Science Park

Trafikverkets program för elvägar. NVF Jan Pettersson, Trafikverket Programchef

Utlysning 1 Industriförankrade utvecklingsprojekt

Funktionssäkerhets-standarder och exempel på applikationer / brancher

Hur kvalitetssäkrar man kabel? Sonja Berlijn (STRI) Bengt Rusk (Banverket)

Nolato Cerbo är en del av Nolato Medical, global och ledande leverantör av polymera produkter och system. Med vårt varumärke Cerbo erbjuder vi ett bre

Additiv tillverkning på Siemens Industrial Turbomachinery AB

OMVÄRLDS BEVAKNING PÅGÅENDE INITIATIV & FORSKNING KRING MIKROPLAST & TEXTIL. Göteborg 15 mars 2018

DNU mönsterkortseminar Arendal 2008

Det här med levels.?

Eco Elast Återvinning av gummi från bildäck LÄGRE VIKT LÄGRE KOSTNADER BÄTTRE MATERIALEGENSKAPER KOLDIOXIDNEUTRALT

Elektronikbyggsätt och Tillförlitlighet Dag Andersson Gruppledare

SMARTARE ELEKTRONIKSYSTEM FÖR SVERIGE

Akademins bidrag till framtida innovationer. Annika Stensson Trigell Professor i Fordonsdynamik

Environmental facts/miljöfakta Revision No. 1

Plain A262. För T16 (T5) lysrör. Innehåll. Monteringsanvisning. A. Instruktion för rampmontering

Liten lödkurs Skrivet av Kenneth Johansson

Att utveckla och skapa en effektiv och dynamisk process för konsolidering och rapportering

Ett hållbart boende A sustainable living. Mikael Hassel. Handledare/ Supervisor. Examiner. Katarina Lundeberg/Fredric Benesch

DESAB Elektroniksystem AB

Elmiljösäkring. Elsäkerhetssäkring Åsksäkring ESD-säkring EMF-säkring EMC-säkring. PU Elsäk PU Åsksäk PU ESDsäk PU EMFsäk PU EMCsäk

Automation and and Drives. Elektroinstallation von A bis Z. Öppet Hus 2007

Solcellsanläggningar i världsklass en workshop om prestanda och tillförlitlighet

Möjligheter och begränsningar hos höghållfasta stål

KOMPETENS INOM ELEKTRONIKSYSTEM, ETT STRATEGISKT BEHOV Maria Månsson Ordf SE

EXOflex Miljövarudeklaration Copyright AB Regin, Sweden, 2006

Samtidig utvärdering av form- & lägekrav

Godkänt dokument, , Ansi Gerhardsson. Kapselmöte med SSM

Introduktion till Entity Framework och LINQ. Källa och läs mer

Bergslagsbanan. Idéstudie Förutsättningar som testanläggning

Per-Anders Nilsson SaabTech Systems Oktober 2001

Belysning ett av världens fyra stora energiområden - 70 procent är lysrör

Innehåll. Livscykelanalys - exempel. De olika LCA stegen. De olika LCA stegen

SKF i framtidens vindkraft. Tobias Finndin Energy Segment Business Manager SKF Regional Sales and Services - Sverige

Protected areas in Sweden - a Barents perspective

Utfärdad av Compiled by Tjst Dept. Telefon Telephone Datum Date Utg nr Edition No. Dokumentnummer Document No.

Elektronik i svåra miljöer Utveckling av barriärer mot fukt, korrosion och extrema temperaturer - förstudie

SKARVAR FÖR 220 kv OCH 400 kv LEDNINGAR

Regelverk - upphandling

SMARTARE ELEKTRONIKSYSTEM

Avståndsmätare hur användandet kan regleras. Materialet framställt i samarbete mellan: SGF:s Regelkommitté & Tävlingsenhet

Fatigue Properties in Additive manufactured Titanium & Inconell

Beijer Electronics AB 2000, MA00336A,

TSTE93 Analog konstruktion

GreCOR Green Corridor in the North Sea Region

Tryck- och svetsseminarie 2014 Föredrag: Golden welds vad är problemet? Föredragshållare: Mikael Rehn, Inspecta Sweden AB

Transkript:

Kravspecificering och verifiering av miljöskydd och livslängd av lödfogar till komponenter Smartare Elektroniksystems SUMMIT 15 sep 2016 Per-Erik Tegehall per-erik.tegehall@swerea.se 1

Bakgrund Utveckling av nya komponenter sker främst för att förbättra funktionalitet och för att sänka priset, men detta sker ofta till priset av kortare livslängd av lödfogarna till komponenterna. Blyfri lödning innebär att lödfogarna får helt andra mekaniska egenskaper än fogar med tenn-bly. Även lackning av kretskort har visat sig kunna kraftigt minska livslängden på lödfogar. Det finns inga standarder som har relevanta krav för att säkerställa att lödfogar till komponenter har tillräcklig livslängd. 2

Tillförlitlighet av lödfogar till nya komponenter Övergången från benförsedda komponenter till benlösa har lett till allt kortare livslängd av lödfogarna. Typisk karakteristisk livslängd (63% felutfall) för olika komponenttyper. Amerikanska biltillverkare kräver 3000 cykler mellan -40 C och 125 C utan felutfall för motorrumsplacerad elektronik (enligt Carpenter et al. 2014). 3

Struktur hos blyfria lödfogar Blyfria BGA-lödfogar består typiskt av en eller några få slumpmässigt orienterade tenn-kristaller (-korn). Enkristallin struktur Flerkristallin struktur Bilder framtagna med EBSD-teknik (Electron BackScatter Diffraction) som visar fördelning och orientering av tennkristaller i SAC-lödfogar efter ett temperaturcyklingstest där varje färg representerar en tennkristall.. 4

Egenskaper hos blyfria enkristall-lödfogar Sn-kristaller uppvisar mycket anisotropa mekaniska egenskaper. Längdutvidgningskoefficienten (CTE) varierar mellan 15 ppm/ C (a- och b- axlarna) och 30 ppm/ C (c-axeln) vid 25 C (mellan 20 ppm/ C och 40 ppm/ C vid 125 C). E-modulen varierar mellan 22 Gpa (a- och b- axlarna) och 69 GPa (c-axeln) vid 25 C. 20-85% av SAC305-lödfogarna kan bestå av enkristaller. 25% av enkristall-lödfogar kan ha c-axeln parallell eller nära parallell med kretskortsytan (lödpadden). Om c-axeln är parallell med kretskortsytan, medför detta en stor CTE-skillnad gentemot lödpadden (15-20 ppm/ C). Det har visats att brott företrädesvis uppkommer i sådana lödfogar. Om c-axeln är vinkelrät mot kretskortsytan, medför detta endast små CTE-skillnader gentemot lödpadden. Det har visats att brott sällan uppkommer i sådana lödfogar. 5

Effekten av enkristall-lödfogar Det stora antalet enkristall-lödfogar till BGA-komponenter med blyfria lödfogar resulterar i mycket varierande stressnivåer i intilliggande lödfogar. Detta resulterar i att den första lödfogen som fallerar under en BGA-komponent är mer eller mindre slumpmässigt lokaliserad under komponenten. Lokaliseringen av fallerade lödfogar under en blyfri BGA676. xx markerar par av lödfogar där minst en lödfog har förhöjd resistans. 6

Effekten av enkristall-lödfogar, forts. Om lödfogen med den högsta påkänningen är lokaliserad under chippet i en BGA-komponent kan den ha förväntas ha mycket kortare livslängd än om den är lokalserad någon annanstans. Fördelningen av fel över tiden kan därför förväntas ha större spridning för blyfri lödfogar med några mycket tidiga fel. Source: Bieler TR, Lee TK. Lead-free solder. In: Jürgen Buschow KH, Cahn RW, Flemings MC, Ilschner B, Kramer EJ, Mahajan S, Veyssière P (ed). Encyclopedia of Materials: Science and Technology, Elsevier, New York, 2010 pp 1 12. 7

Tvärsnitt från tre blyfria lödfogar i rad under en BGA208-komponent efter temperaturcykling Exempel från: Impact of laminate cracks under solder pads on the fatigue lives of ball grid array solder joints, P-E Tegehall, G Wetter, Microelectronics Reliability, vol 55, issue 11, 2015, pp 2354 2370. 8

Inverkan av lackning Lackning av BGA- och QFNkomponenter kan kraftigt reducera livslängden av lödfogarna med upp till 85%. Exempel Komponenttyp BGA128, 10 x 10 mm, 0,8 mm pitch, chip 5 x 5 mm. Blyfritt lod Lackad med poluretanlack som delvis fyllt under komponent. Felutfall efter ca 1 år i drift. Driftmiljön är ett installationsskåp där temperaturen varierar beroende på belastningen av de ingående utrustningarna. 9

10 Standarder för kvalitetssäkring av lödfogar

Standarder för kvalificering av komponenter Komponenttillverkare kvalificerar sina komponenter enligt JEDECstandarder eller AEC - Q100 för fordon. Vid kvalificeringen testas lösa komponenter så livslängden av lödfogar till komponenten utvärderas inte. 11

Standarder för tillverkning av kretskort IPC J-STD-001* är den internationellt mest använda standarden för att säkerställa kvaliteten på lödda kretskort. Den har i stort sett enbart visuella krav på lödfogarna. Den har inga krav på att utföra tester för att verifiera livslängden av lödfogarna. * Requirements for Soldered Electrical and Electronic Assemblies 12

Standarder för kvalificering av slutprodukt ISO 16750* är ett exempel på en standard för kvalificering av slutprodukt. I förordet till denna står det att: ISO 16750 does not necessarily ensure that environmental and reliability requirements for solder joints, solderless connections, integrated circuits, and so on are met. Such items are assured at the part, material or assembly level. * Road vehicles - Environmental conditions and electrical testing for electrical and electronic equipment 13

Standard för testning av lödfogars livslängd IPC-9701A* är en standard för testning av lödfogars livslängd. Den beskriver hur testningen ska utföras men har inga acceptanskrav. At this point in time, the reliability requirements need to be established by agreement between customer and supplier * Performance Test Methods and Qualification Requirements for Surface Mount Solder Attachments 14

Projekt för att säkerställa tillförlitligheten av lödfogar För att ta fram den kunskap som krävs för att kunna ställa relevanta tillförlitlighetskrav på lödfogar startade vi 2015 projektet Kravspecificering och verifiering av miljöskydd och livslängd av lödfogar till komponenter. Projektet utförs inom Strategiska innovationsprogrammet "Smartare Elektroniksystem som är en gemensam satsning av VINNOVA, Formas och Energimyndigheten. 15

Frågeställningar för det nya projektet Hur påverkar uppkomsten av sprickor i mönsterkortet livslängden av lödfogar? Hur påverkar lackning livslängden av lödfogarna? Kan applicering av underfill under komponenterna förbättra livsländen av lödfogarna? Hur påverkar olika lacker och lackeringsmetoder miljöskyddet av lödfogar? Hur relevanta är olika simuleringsverktyg för att uppskatta livslängden? Vad bör man ha för krav på livslängd av lödfogarna till komponenter för komponenter i olika applikationer? Hur ser den faktiska driftsmiljön ut för olika applikationer. 16