Piirilevylle liitettyjen pintaliitoskomponenttien taivutuskestävyys

Abstract

Tässä kandidaatintyössä tutkittiin QFN- ja BGA-pintaliitoskomponenttien (Quad Flat No Leads ja Ball Grid Array) ja pintaliitoskondensaattorin jalkojen sekä juoteliitosten luotettavuutta taivutustestillä. QFN-komponentin rakenteita tutkittiin valmistamalla poikkileikkaus komponentista ja kuvaamalla sitä valomikroskoopilla sekä SEM/EDS-laitteistolla (pyyhkäisyelektroni-mikroskooppi/energiadispersiivinen spektrometri). QFN-komponentin datalehden ja SEM/EDS-tutkimusten perusteella laadittiin 3D-malli COMSOL Multiphysics® -ohjelmistolla. Simuloinnissa 3D-mallia kuormitettiin standardin mukaisella tavalla taivuttamalla kolmesta pisteestä. Testi toistettiin konkreettisena testinä standardin mukaisella taivutuslaitteella BGA-pintaliitoskomponentille ja kuudelle pintaliitoskondensaattorille.

Simulaation tulokset osoittavat, että QFN-pintaliitoskomponentti ei kestäisi taivutusta. Suurimmat rasitukset kohdistuivat komponentin kulmissa sijaitseviin liitäntöihin, joissa myötörajat ylittyivät. Taivutustestissä BGA-komponentin sähkönjohtavuus ei muuttunut taivuttamisen aikana. Pintaliitoskondensaattorin kapasitanssi taas tippui huomattavasti taivutuksessa eikä enää palautunut lähtöarvoihin. Testi rikkoi kondensaattorin rakenteita, jolloin sen sähköiset ominaisuudet heikkenivät.

In this thesis the reliability of terminals and connections of a QFN and BGA surface-mount device (Quad Flat No Leads and Ball Grid Array) and a surface-mount capacitor are measured in a bending test. The structure of the QFN-component was studied by preparing a cross section of the component and using an optical microscope and SEM/EDS equipment (scanning electron microscope / energy dispersive spectrometer). Measures collected from QFN datasheet and the data from SEM/EDS analysis were used to create a 3D model with COMSOL Multiphysics® -software. The model was stressed the way defined in an IEC standard from three points. The test was then repeated as a physical test for the BGA component and for six surface-mount capacitors using a standard test jig.

The result of the simulation show that the QFN component would not withstand the stress and that the largest stresses are focused on the terminals and the connections in the corners of the component, where the yield strengths are exceeded. The electrical conductivity of the BGA component was not changed during the bending. When bending the capacitor there was a noticeable drop in the capacitance and the capacitance never returned to the original state. The test broke structures of the capacitor, hindering its electrical properties.