Rapport från ett "Chip"

Om Ni inte visste det tidigare så har är vi alla komponenter, mönsterkort och lodpasta mer eller mindre släkt med varandra vilket möjliggör att vi har en viss kontakt och därmed ett intressant informationsutbyte som jag nu vill dela med mig till Er om. Skälet till att jag först nu tar tillfället i akt är att vi komponenter som ingår i en elektronikkonstruktion helt tycks kommit bort i diskussionen när det gäller införandet av RoHS direktivet. Bakgrund Jag föddes i Bortre Orienten för ca 4 månader sedan men en längd och bredd av 0,06" respektive 0,03" och är placerad i en 8 mm tape tillsammans med 3000 kusiner samt var den förste i serien från mitt chip BB som fick rent Sn på mina termineringar. Tidigare generationer hade en Sn/Pb legering som används under lång tid och som mina "Chip" föräldragenerationer var mycket nöjda med. Den var både snygg och hade bra vätningsegenskaper och kunde ligga länge i lager och vänta på monteringen och omsmältning. Med rent Sn som fot omslag gäller helt nya förutsättningar där få har kännedom om långtidseffekterna men det finns många som har klara åsikter om vad som är bra och dåligt. Efter konsultationer med kusiner födda på andra chip BB världen över kan jag räkna till över 10 olika legeringar som teoretiskt kommer att vara representerade på ett och samma kretskort med olika egenskaper när det gäller vätning, hållfasthet och lagring. Det är ju ingenting nytt med detta invänder säkert någon det hade vi även före RoHS men observera att kombinationer av nya lödlegeringar, nya flussmedel och högre temperaturer har totalt förändrat förutsättningarna. På sjukan Anlände till Sverige för cirka 2 månader sedan för att tillbringa 4 veckor i ett grossistlager och sedan transporteras till ankomstkontrollen på ett EMS företag. Under de senaste veckorna hade jag känt spänningar och noterat små utväxter i mina nya Sn fotfodral och detta upptäcktes av företagets kontrollanter. Jag blev inlagd på sjukan och Dr. Klang kallades in för att ställa en diagnos. Han konstaterade snabbt att jag led av "Whiskers" sjukan, något som är helt ofarligt bara man tar rätt medicin och han ordinerade SAC lod och omsmältning med minst 232ºC i lödfogen och sedan blev jag snabbt friskförklarad. Känslan av att bli betraktad som en simulant växte sig stark inom mig med Dr. Klangs avslutnings replik: Kör så det ryker men gör det med SAC, då blir lödfogen bra och flack. I vänners sällskap Efter friskskrivningen hamnade jag i en stor låda tillsammans med alla andra komponenter som skall monteras och de 10-Lagers mönsterkort som vi alla skall placeras på. Jag började informerade mina vänner om sjukhusbesöket och den ordinerade medicinen och plötsligt säger en av de mer erfarna komponenterna nämligen QFP:n som varit med i över 20 år och kan sin bibel att jag inte kan lödas med 232ºC för jag är ett special chip som enligt J-STD-020C är klassad för en max omsmältnings temperatur av 220ºC. I samma ögonblick ropar den betydligt yngre BGA:n med över 400 anslutningar att hans bollar är av en SAC legering och för att undvika kallödningar i de inre bollarna måste det till mycket värmeenergi vilket innebär höga temperaturer på varmluften. Jag blir helt kallsvettig och ser i mitt inre hur livet som chip kondensator kommer att upphöra i omsmältningszonen i en varmluftsugn på ett EMS företag i Sverige. Jag undrar i mitt stilla sinne vilken medicin doktorerna och experterna kommer att ordinera när jag nästa gång kommer in på sjukan helt svartbränd och livlös? Antagligen utbyte eller eftermontering och handlödning med SAC lod som det antagligen i Sverige finns ekonomiska marginaler för då svensk elektronikindustri haft en sådan fantastisk utveckling de senaste 4-5 åren? Mönsterkorten När chocken av min förestående död lagts sig hörs det en pågående diskussion från lådans ena hörn där de 10-Lagers mönsterkorten finns samlade. Diskussionen är livlig mellan 2 olika grupper av mönsterkort och det visar sig att uppdelningen beror på att samma mönsterkort har 2 olika leverantörer. - Första frågan gäller hur många omsmältningar mönsterkortet skall gå igenom och efter en del eftertanke enas grupperna om att vissa delar av mönsterkortet kan bli utsatt för upp till 5 omsmältningar. På kretskortnivå kan det bli ännu fler om det finns DC/DC omvandlare och BGA som har en bärare som består av ett mönsterkort av plast. Via mina internationella chip källor får jag veta att SAC lod väter sämre än Sn/Pb lod och det vanligaste sättet att kompensera detta är att höja temperaturen i omsmältningszonen. Jag känner svetten lacka och förstår varför alla experter står utanför varmluftsugnen när vi stackars chip går genom stålbadet inuti. - Andra frågan gällde risken för CAF (Conductive Anodic Filament) i och med att antalet värmebehandlingar över 250ºC ökar och svaret är JA, det bekräftas av national Physical Laboratories i England. Orsaken till att CAF uppstår är en kombination av 10-12 faktorer med olika grad av inverkan men det är helt klart att ett flertal omsmältningar med SAC lod sänker TTF (Time To Failure) med åtskilliga procent. CAF uppstår långt ifrån på alla kretskort men vid avancerad elektronik med krav på långa livstider finns det en högre CAF risk med införandet av RoHS. Det är precis den elektronik vi i Sverige är bra på och det tycker jag vi skall vara också i framtiden. - Tredje frågan var vilken ytbehandling som är bäst? Den ena leverantören hade valt Kem Ni/Au och den andre Kem Sn. Det kom fram fördelar och nackdelar med båda typerna av ytbehandling och det enda som grupperna kunde enas om var att det var bättre förr när det inte fanns så många att välja mellan. IPC stora SAC undersökning är gjord på Kem Ag så den ger inte mycket vägledning då denna ytbehandling är sällsynt i Sverige. - Fjärde frågan som kom upp var om kraven på Tg (Glasomvandlingstemperaturen) och Td (Nedbrytningstemperaturen) var tillräckliga för de processer som mönsterkortet skulle gå igenom för att bli ett färdigt kretskort och här hävdade en av leverantörerna att de haft en genomgripande genomgång med konstruktörerna och att materialspecifikationen hade anpassats till de nya kraven på blyfri lödning medan det andra fabrikatet inte gjort något utan hade kvar standard FR4 som basmaterial. Min första reaktion som "Chip" komponent är en glädje av att det finns åtminstone en svensk mönsterkortleverantör som informerar sina kunder genom landsomfattande turnéer (Se artikel om NCAB 051212 på www.evertiq.se) om de olika materialparametrarnas betydelse som en konsekvens av RoHS direktivet. För att kunna ge adekvata råd skickas olika typer av kretskortkort för test till världsledande laboratorier för 10000-tals US$. Reaktion nummer två är att om jag som "Chip" lyckas överleva omsmältningen så skulle det inte vara angenämt att sluta sina dagar med att bli elektriskt kortsluten pga CAF eller finna att materialet under mig är ett svart hål pga Td överskridits. Det tyder på en viss seriositet i delar av leverantörsledet och det finns säkert hos flera andra men deras synpunkter saknas i debatten och det är min förhoppning att kunna lyfta fram dessa kunskaper på evenemanget BLYFRITT 2006 på Stockholmsmässan den 1 februari. Summering Antalet mönsterkort som blir kretskort i Sverige ligger på omkring 25 miljoner stycken per år och vid en genomsnittlig seriestorlek av 200 stycken ger det cirka 125 000 stycken artiklar. (Siffrorna bygger på egna överslagsberäkningar). Siffrornas storlek säger att är så gott som omöjligt att behandla dessa med generella åtgärder, varje artikel är mer eller mindre unik och bör behandlas som unika när valet av mönsterkortmaterial, lodpasta, omsmältningsprofil och omsmältningsmetod avgörs. Innan kravet på att uppfylla RoHS direktivet var parametrarna betydligt färre och enklare att göra och därmed var det svårare att göra fel. I tillägg finns det indikationer som tyder på att när komponentleverantörerna omvandlar sina komponenter till RoHS kompatibla har de samma artikelnummer men inte samma elektriska egenskaper. Huvudslutsatsen blir att problemet med att uppfylla RoHS direktivet inte är en fråga om hur lödfogens utseende och innehåll utan att få dagens kretskort att fungera klanderfritt i 15-20 år efter den 1 juli 2006 och då gäller det att få råd av andra doktorer med en helt annan bakgrund än dagens produktionsexperter (undertecknad själv inräknad). Som "Chip" saknar jag dem i debatten. Lars "Chipet" Wallin PS/Fortsättningen på denna krönika kommer om ca 2 veckor och kommer att behandla lodpasta och omsmältningsmetoder ur chip synpunkt/DS