Nikkelillä tai vismutilla seostettujen Sn-Ag-Cu juoteliitosten luotettavuus pudotustestauksessa

Tämän diplomityön tarkoituksena oli tutkia erilaisten seosmetallien vaikusta lähes eutektisen Sn-Ag-Cu juotteen mikrorakenteeseen sekä niiden vaikutusta komponenttilevyjen luotettavuuteen mekaanisen rasituksen vaikutuksen alaisena. Pudotustestauksessa käytetyt materiaalit olivat tyypillisiä kannettavissa elektroniikkalaitteissa käytettyjä materiaaleja. Nikkeli ja vismutti valittiin kirjallisuustutkimuksen perusteella tutkittaviksi seosaineiksi, jolla pyritään parantamaan juoteliitosten kestävyyttä iskumaisessa kuormituksessa. Työn kirjallisuusosassa esiteltiin erilaisia lähes eutektisen Sn-Ag-Cu juotteen seosaineiksi soveltuvia metalleja. Kirjallisuusosassa esiteltiin myös pintaliitosprosessi, JESD22-B111 pudotustestistandardi, vauriomekanismi iskumaisessa kuormituksessa ja vaurioanalyyseihin käytettyjä menetelmiä. Kokeellinen osa on jaettu kolmeen osa-alueeseen: Ensimmäisessä osassa tutkittiin nikkelin ja vismutin vaikutusta lähes eutektisen Sn-Ag-Cu juotteen mikrorakenteeseen. Toisessa osassa esiteltiin testilevyjen kokoonpanoprosessi ja testaus. Lopuksi suoritettiin pudotustestitulosten tilastollinen luotettavuusvertailu ja tutkittiin vauriotyypit. Tilastollinen analyysi osoitti Sn-1.1Ag-0.52Cu-0.01-0.1Ni juoteliitosten olevan kaikista luotettavin vaihtoehto (kaikki luotettavuusvertailut 5 % riskitasolla). Sn-3.lAg-0.52Cu-0.24Bi juoteliitokset olivat yhtä luotettavia kuin Sn-3.1Ag-0.52Cu juoteliitokset Ni(P)Au-suojapinnoitteella. Sn-3.lAg-0.52Cu juoteliitokset CuOSP-suojapinnoitteella olivat epäluotettavin vaihtoehto. Tästä johtuen juoteliitosten koostumuksen todettiin olevan merkittävin pudotustestiluotettavuuteen vaikuttava tekijä. Mikrorakennetutkimukset paljastivat, että nikkeliä sisältävien juoteliitosten IMC-kerrokset olivat tasaisemmat kuin Sn-Ag-Cu tai Sn-Ag-Cu-Bi juoteliitosten IMC-kerrokset. Tämän lisäksi Sn-1.1Ag-0.52Cu-0.01-0,1Ni juoteliitosten alhaisempi hopeapitoisuus alentaa juotteen lujuutta, mikä vaikuttaa osaltaan pudotustestiluotettavuuteen. Tulokset viittaavat siihen, että seostamalla pienen määrän nikkeliä lähes eutektiseen Sn-Ag-Cu juoteliitokseen ja alentamalla niiden hopeapitoisuutta saadaan liitosrakenteet kestämään iskumaisia kuormituksia paremmin. Vismutin lisäys ei vaikuttanut pudotustestiluotettavuuteen. Vismutin seostamisen hyödyt ovat kuitenkin termisen syklauksen puolella, kuten kirjallisuudessa on todettu