Mat-Tech Center of Competence for Solder technology

Transcriptie

1 Mat-Tech Center of Competence for Solder technology Hoe houd je loodvrije producten ook betrouwbaar? Erik Brom Technical Commercial Director Mat-Tech BV Rotterdamseweg AL Delft The Netherlands Tel: +31 (0) Fax: +31 (0) November

2 Inhoud workshop 1. Zeer korte kennismaking met Mat-Tech BV 2. Scope van deze lezing 3. Betrouwbaarheids issues (electronisch gedeelte) 4. Ketenprobleem 5. Aanpak 6. Conclusie 11 November

3 1. Mat-Tech BV Kenniscentrum voor soldeertechnologie Loodvrij (hoofdzakelijk electronica) Fluxloos en andere specials (diverse applicaties) Deelname aan projecten (o.m. IDEALS) Eigen R&D m.b.t. legering, applicatie en proces Voorbeeld: SnZnX (lagere procestemperaturen) Dienstverlening aan derden Consultancy Contract R&D Onderzoek 11 November

4 2. Scope van deze lezing Niet het gehele apparaat maar slechts de electronica en de bijbehorende verbindingen. Buiten beschouwing blijft dus de invloed van Brandvertragers in kunststoffen Verboden stoffen in coatings van omkastingen Veiligheids aspecten (UL etc.) 11 November

5 2. Scope van deze lezing Focus op long life cycle producten (industrieel) High mix/low volume productie Hoge levensduur/betrouwbaarheids verwachting Oude en nieuwe designs Aandachtspunten afgestemd met Troy leden: 11 November

6 3. Betrouwbaarheids issues Wat is betrouwbaarheid? Bestand tegen alle omstandigheden welke ontstaan tijdens gebruik gedurende de verwachte levensduur. Hoe bereik je betrouwbaarheid? Ontwerpkeuzes (materialen/constructie) afstemmen op: Gebruiksomstandigheden en levensduurverwachting DOEN WE DAT BIJ DE IMPLEMENTATIE VAN ROHS? 11 November

7 3. Betrouwbaarheids issues Problemen met componenten/pcb Problemen met verbindingen Probleemoorzaken: Design Proces Gewijzigde eigenschappen electronicaproduct 11 November

8 Problemen met componenten/pcb: Problemen met verkrijgbaarheid: Zijn de vervangende componenten even goed? Problemen met temperatuur bestendigheid: Blijft de levensduur onaangetast door hogere proces temperaturen? (ook voor lange levensduurverwachting, industriele toepassingen) Problemen met whiskering? (Is dit helemaal te vermijden) 11 November

9 Problemen met verbindingen: Andere eigenschappen van loodvrije materialen SnPb vs Loodvrij Bros/ductiel breukgedrag Goede/slechte spanningsafbouw Krimpgedrag bij afkoeling Interactie met metallisaties (component/board) Loodvrij in contact met AgPd, SnPb, Sn, Ag, Au, Cu etc. 11 November

10 Problemen met de verbindingen: Voorbeelden: 11 November

11 Probleemoorzaken: Design Proces Footprints (solder of padlift kan bijv. gevolg zijn) Layout en ΔT (component schade) Te grote ΔT (componenten schade) Voids (bijv. loodvrij BGA s, Kirkendall effect) Slechte bevochtiging, open pads Gebruiksomstandigheden Breuk door andere eigenschappen soldeer Corrosie door fluxresidue of door solderlift 11 November

12 4. Keten probleem Design, componentenkeuze en verwerving, proces en kennis van gebruiksomstandigheden is in handen van meerdere partijen. De relatie tussen de diverse disciplines heeft berust op een bekende technologie, iedereen wist waar mee rekening te houden. Noodzaak tot integrale aanpak 11 November

13 5. Aanpak Uitgangspunten van de aanbevolen aanpak: Korte transitie tijd Kennis bundelen Design Proces Kennis van eigenschappen van materialen Behoud van kwaliteit van het eindproduct Minimale kosten Midas project bij Philips Medical Systems was de eerste en zij hebben middels deze aanpak de risico s in kaart gekregen en kunnen reduceren tot voor hen beheersbare proporties! 11 November

14 5. Aanpak Eerste fase van de aanpak: Verklein de probleemstelling door kwalitatief te groeperen: Componenten groepen Design (probleemgevallen identificeren) Metallisaties Type boards Gebruiksomstandigheden (temp./trillingen/atmosfeer ) Gebruikte productieprocessen 11 November

15 5. Aanpak Tweede fase van de aanpak: Maak aanpassingen waar nodig naar inzichten vooraf Produceer testproducten Test de producten op juiste processing en n.a.v. de gebruiksomstandigheden Cross-sectioning, TCT, TST, Storage, Functioneel, Mechanisch, etc. Idem voor Pb houdende producten ter referentie. 11 November

16 5. Aanpak Mogelijke uitkomst van tweede fase: 11 November

17 5. Aanpak Derde fase van de aanpak: Interpreteer de bevindingen Verifieer de bevindingen Implementeer de aanbevolen wijzigingen 11 November

18 5. Aanpak Overzicht: Eerste fase Tweede fase KLINKT SIMPEL!!!! Derde fase 11 November

19 5. Aanpak Te bedenken: Om juiste keuzes te kunnen maken is kennis nodig van: Product en productomstandigheden Proceskennis De logistiek (verkrijgbaarheid) Eigenschappen van materialen en verbindingen Testmethodes 11 November

20 6. Conclusie Alleen kan niemand het probleem geheel oplossen: EMS er heeft de designer, de producteigenaar nodig en er is kennis nodig van de nieuwe materialen en de eigenschappen daarvan OEM er kan de verantwoordelijkheid niet geheel buiten de eigen organisatie leggen Parallel testen van producten zorgt voor vergelijk technologieen en nieuwe processing ineen. Op basis van (gebundelde) kennis is een relatief kort transitietraject haalbaar 11 November

21 Vragen? 11 November

22 Proces afstemmen op product: High Volume Process Low Volume Process 11 November

23 Proceswindow - temperatuur SnPb Tm=183 SnAgCu Tm=217 T Process window T Damage level Process window Damage level 235ºC 205ºC 11 November

24 Tin whiskers: Bron: Nemi 11 November

25 SAC vs SnPb: Karcht (N) SnAgCu SnPb 0 0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 Verlenging in mm 11 November

26 SAC vs SnPb: Young s modulus (Gpa) 60 SnAgCu 40 SnPb Temperatuur in graden Celcius 11 November

27 Testen en onderzoek: 11 November