N N515 503940

NCN > Projekty badawcze - konkurs 40 > N N515 503840
Analiza występowania wiskerów i zarazy cynowej wpływających na jakość lutów bezołowiowych o wysokiej zawartości cyny
nr kontraktu: N N515 503940

Określenie rodzajów i znaczenia czynników związanych z powstawaniem wiskerów i zarazy cynowej, jak również określenie nowych oddziaływań wybranych czynników wpływających na jakość lutów bezołowiowych o wysokiej zawartości cyny.

Data rozpoczęcia >> 18.04.2011
Data zakończenia >> 17.04.2014
Czas trwania >> 36 miesięcy
Koszt całkowity >> 0,36 mln zł
Państwa uczestniczące >> POLSKA

Opis projektu
Od 2006 roku w oparciu o dyrektywę RoHS nastąpiło wykluczenie ołowiu ze stopów lutowniczych i zastąpienie powszechnie używanego eutektyka Pb/Sn przez bezołowiowe wysokocynowe stopy. Spowodowało to zwrócenie szczególnej uwagi na dwa zagrożenia, znane od dawna, jednak we wcześniej stosowanych stopach Pb/Sn inhibitowane przez ołów. Jednym z zagrożeń prowadzących między innymi do zwarć elektrycznych w układach jest zdolność do tworzenia się z tych stopów tzw. wiskerów. Drugim zagrożeniem jest możliwość samorzutnej, następującej w temperaturze poniżej +13,2°C, przemiany fazowej stosowanej cyny (β-Sn) do kruchej odmiany alotropowej (α-Sn) zwanej zarazą cynową, która może powodować osłabienie a nawet całkowitą dezintegrację połączenia lutowanego. Celem projektu jest określenie rodzajów i znaczenia czynników związanych z powstawaniem wiskerów i zarazy cynowej, jak również określenie nowych oddziaływań wybranych czynników wpływających na jakość lutów bezołowiowych o wysokiej zawartości cyny. Planowane jest również, na podstawie własnych obserwacji, opracowanie modelu powstawania wiskerów. Projekt zakłada opracowanie szybkiej metody diagnostyki podatności stopów bezołowiowych na występowanie zarazy cynowej.

Podsumowanie projektu
Technologia montażu powierzchniowego (SMT) została wprowadzona do praktyki przemysłowej pod koniec lat 80-tych ubiegłego stulecia. Lutowiny są jednym z ważniejszych jej elementów. Od ich niezawodności zależy praca poszczególnych elementów, podzespołów, jak i całych urządzeń elektronicznych. To, dlatego tak ważne jest zapewnienie jak najlepszej, jakości połączeń lutowanych i ich trwałości podczas długotrwałej pracy. Celem projektu było określenie wielostronnych (materiałowych, technologicznych, środowiskowych) warunków powstawania wiskerów i zarazy cynowej oraz określenie wpływu i znaczenia czynników innych niż dotąd znane na powstawanie tych zjawisk. Zarówno wiskery, jak i zaraza cynowa mogą powodować pogorszenie, jakości spoin, a nawet ich całkowitą degenerację. W ramach projektu wykazano, iż dodatek Ni do stopu nie redukuje długości wiskerów powstających na próbkach poddanych działaniu szoków termicznych, natomiast zastosowanie podwarstwy Ni znacząco ją zmniejsza. Zaobserwowano również dodatnią zależność powstawania wiskerów od grubości warstwy, oraz od stopnia utlenienia i zawartości miedzi w lutowinie. Ustalono również, że istnieją preferencyjne rejony powstawania wiskerów związane z różnym poziomem naprężeń wewnętrznych w warstwie, co spowodowane jest różnicami rozszerzalności liniowej kompozytowego podłoża. W ramach projektu opisany został model powstawania wiskerów zakładający istnienie skośnych granic ziaren u podstawy wiskera oraz obecność warstwy tlenkowej. Stwierdzona podczas testów większą podatność na zarazę cynową próbek narażonych nie tylko na temperaturę -30 st. C, ale również na obróbkę mechaniczną, potwierdza hipotezę o stymulującym wpływie naprężeń wewnętrznych na transformację. Wykazano, statystycznie istotne różnice w stopniu utlenienia obszarów cyny alfa w stosunku do obszarów cyny beta. W ramach projektu została opracowana metoda diagnostyczna mająca na celu indukcję transformacji do umożliwienia identyfikacji wystąpienia zarazy cynowej w komercyjnie dostępnych stopach lutowniczych.

Zastosowanie
Uzyskane rezultaty badań mogą stanowić podstawę w prognozowaniu procesu degradacji połączeń lutowanych urządzeń pracujących w skrajnych warunkach środowiskowych. Dobór optymalnych stopów lutowniczych znacząco wpływa na niezawodność lutowin, a co za tym idzie, całych podzespołów elektronicznych. Ograniczenie niekorzystnych zjawisk, takich jak wiskery i zaraza cynowa wpływa na poprawę konkurencyjności produktów na rynku polskim, ale i światowym.

Praca jest wykonywana w ramach projektu badawczego nr N N515 503940, dofinansowanego z funduszy Narodowego Centrum Nauki.

Źródło:  Ośrodek Przetwarzania Informacji – Państwowy Instytut Badawczy

osoba odpowiedzialna: dr A. Skwarek