Ikäännyttämisen vaikutus isotrooppisilla sähköä johtavilla liimoilla valmistettujen liitosten iskunkestävyyteen
Mehtonen, Olli (2011)
2011
Signaalinkäsittelyn ja tietoliikennetekniikan koulutusohjelma
Tieto- ja sähkötekniikan tiedekunta - Faculty of Computing and Electrical Engineering
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2011-08-17
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-2011082514775
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-2011082514775
Tiivistelmä
Yksi elektroniikkateollisuuden jatkuvista kehityssuunnista on laitteiden koon miniatyrisointi. Piirilevyille pyritään mahduttamaan entistä enemmän toiminnallisuuksia ja komponentteja. Piirilevyjen suunnittelutiheys on mennyt jo niin pitkälle, että perinteisten metallijuotteiden tarkkuusrajat ovat alkaneet tulla vastaan.
Sähköä johtavat liimat ovat yksi tapa saavuttaa entistä tiheämmin suunniteltuja piirilevyjä. Liimojen muita merkittäviä etuja ovat niiden alhainen hinta, alhaiset käsittelylämpötilat, sekä ympäristöystävällisyys verrattuna metallijuotteisiin. Sähköä johtavat liimat eivät kuitenkaan ole lähitulevaisuudessa syrjäyttämässä metallijuotteita elektroniikan yleisimpänä liitosmateriaalina. Yksi suuri syy tähän on se, että tämän hetken kaupallisten liimojen eräät luotettavuusominaisuudet ovat huomattavasti metallijuotteita heikompia. Etenkin iskunkestävyydeltään liimat eivät ole lähelläkään metallijuotteiden tasoa. Kenties vieläkin suurempi syy metallijuotteiden jatkuvaan suosioon on elektroniikkavalmistajien haluttomuus lähteä muokkaamaan tuotantoprosessejansa liimoille sopiviksi.
Tämän työn tavoitteena on tutkia sähköä johtavien liimojen luotettavuusominaisuuksia. Erityisen tutkinnan kohteena ovat isotrooppisesti sähköä johtavat liimat, eli ICA-liimat. Työn teoriaosuudessa käydään läpi sähköä johtavien liimojen ominaisuuksia, elektroniikan luotettavuutta yleisesti sekä erilaisia menetelmiä, joita elektroniikkateollisuus käyttää tuotteiden luotettavuuden parantamiseksi. Työn käytännön osuudessa suunniteltiin ja toteutettiin testi, jossa tutkittiin yhden kaupallisen ICA-liiman luotetta-vuusominaisuuksia. Erityisesti tarkasteltiin ikäännyttämisen vaikutusta liiman liitosresistanssiin sekä iskunkestävyyteen. Lopuksi muutamalle vikaantuneelle liimaliitokselle suoritettiin vikaantumisanalyysi.
Testit suoritettiin mahdollisimman tarkasti mukaillen JEDEC:n pudotustestistandardia. Testien aikana ilmeni, että liiman liitosresistanssi kasvaa ikäännyttämisen myötä suhteellisen tasaisesti. Pudotustesteissä kävi ilmi, etteivät liimaliitokset kestä kovaa mekaanista rasitusta yhtä hyvin kuin metallijuotteet. Lisäksi kävi ilmi että ikäännyttäminen heikensi merkittävästi liiman iskunkestävyyttä.
Sähköä johtavat liimat ovat yksi tapa saavuttaa entistä tiheämmin suunniteltuja piirilevyjä. Liimojen muita merkittäviä etuja ovat niiden alhainen hinta, alhaiset käsittelylämpötilat, sekä ympäristöystävällisyys verrattuna metallijuotteisiin. Sähköä johtavat liimat eivät kuitenkaan ole lähitulevaisuudessa syrjäyttämässä metallijuotteita elektroniikan yleisimpänä liitosmateriaalina. Yksi suuri syy tähän on se, että tämän hetken kaupallisten liimojen eräät luotettavuusominaisuudet ovat huomattavasti metallijuotteita heikompia. Etenkin iskunkestävyydeltään liimat eivät ole lähelläkään metallijuotteiden tasoa. Kenties vieläkin suurempi syy metallijuotteiden jatkuvaan suosioon on elektroniikkavalmistajien haluttomuus lähteä muokkaamaan tuotantoprosessejansa liimoille sopiviksi.
Tämän työn tavoitteena on tutkia sähköä johtavien liimojen luotettavuusominaisuuksia. Erityisen tutkinnan kohteena ovat isotrooppisesti sähköä johtavat liimat, eli ICA-liimat. Työn teoriaosuudessa käydään läpi sähköä johtavien liimojen ominaisuuksia, elektroniikan luotettavuutta yleisesti sekä erilaisia menetelmiä, joita elektroniikkateollisuus käyttää tuotteiden luotettavuuden parantamiseksi. Työn käytännön osuudessa suunniteltiin ja toteutettiin testi, jossa tutkittiin yhden kaupallisen ICA-liiman luotetta-vuusominaisuuksia. Erityisesti tarkasteltiin ikäännyttämisen vaikutusta liiman liitosresistanssiin sekä iskunkestävyyteen. Lopuksi muutamalle vikaantuneelle liimaliitokselle suoritettiin vikaantumisanalyysi.
Testit suoritettiin mahdollisimman tarkasti mukaillen JEDEC:n pudotustestistandardia. Testien aikana ilmeni, että liiman liitosresistanssi kasvaa ikäännyttämisen myötä suhteellisen tasaisesti. Pudotustesteissä kävi ilmi, etteivät liimaliitokset kestä kovaa mekaanista rasitusta yhtä hyvin kuin metallijuotteet. Lisäksi kävi ilmi että ikäännyttäminen heikensi merkittävästi liiman iskunkestävyyttä.