liu.seSearch for publications in DiVA
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • oxford
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Implementation of Lead-Free Soldering in Highly Reliable Applications
Linköping University, Department of Science and Technology.
2007 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Magister), 20 points / 30 hpStudent thesis
Abstract [en]

The directive of the European parliament and of the council on the Restriction of the use of certain Hazardous Substances (RoHS) in Electrical and Electronic Equipment (EEE) took effect in the European Union on July 1, 2006. Japan, California, China and Korea are all closed markets for exporters of components containing lead from July 1, 2007. Taiwan and Australia are working with similar directives. The RoHS directive is the reason why this thesis about the implementation of lead-free soldering in highly reliable applications is necessary.

The European Lead Free soldering NETwork (ELFNET) status survey from 2005 shows that the majority of the companies are well informed, but 20% are still not active in lead-free soldering. The Swedish industry is for the most part prepared and 95% of the components are lead-free. The transition to lead-free soldering will have a major affect on logistics and administration, because the RoHS directive is 90% about administration and logistics problems. Only 10% is technical problems.

The higher melting point in lead-free soldering affects every stage of the lead-free manufacturing, from assembly to testing and repair.

The major concern for highly reliable applications are that there are not enough data to understand to what grade lead-free solders will perform differently from lead based solders. Five different types of reliability testing were studied in this thesis; vibration, mechanical shock, thermal shock, thermal cycling and combined environments. Whiskers, voids, brittle fractures and mixed assembly problems were also studied. Individual tests alone should not be used to make definite decisions on lead-free soldering reliability. The lower reliability for lead-free solders in some tests does not necessarily mean that lead-free solders not can be used in highly reliable applications like defence electronics.

The most important conclusions from this thesis are:

• Update or change the logistic system and mark/label according to available standards.

• Secure a good board layout.

• Secure a good process control.

• Alternative surface board should be used. Tin-silver-copper (SAC) is the most reliable solder and Electroless Nickel/Immersion Gold (ENIG) is the most reliable surface finish.

• Remember that the higher temperature affects every stage of the manufacturing.

• No increased problems with whiskers or risk of high voiding levels.

• Mixed assembly is a risk. Compatibility and contamination risks must be taken seriously.

• Which environment will the applications be in? If it is not a highly vibrating and thermal cycling environment, lead-free soldering should be safe to use.

Abstract [sv]

Europaparlamentets och rådets direktiv om begränsning av användningen av vissa farliga ämnen i elektriska och elektroniska produkter började gälla i Europeiska unionen 1 juli, 2006. Japan, Kalifornien, Kina och Korea är alla stängda marknader för exportörer av komponenter som innehåller bly från och med 1 juli, 2007. Taiwan och Australien arbetar med liknande direktiv. RoHS-direktivet är anledningen till varför detta examensarbete om implementeringen av blyfri lödning i högtillförlitliga applikationer är nödvändigt.

En undersökning från 2005 av ELFNET visar att majoriteten av företagen är väl informerade, men 20% är fortfarande i aktiva med blyfri lödning. Den svenska industrin är till största delen väl förberedd och 95% av komponenterna är blyfria. Övergången till blyfri lödning kommer att ha stor effekt på logistik och administration, därför att 90% är administrations- och logistikproblem i RoHS-direktivet. Bara 10% är tekniska problem.

Den högre smälttemperaturen i blyfri lödning påverkar varje steg av den blyfria tillverkningen, från montering till testning och reparation.

Den stora oron för högtillförlitliga applikationer är att det inte finns tillräckligt med data för att förstå i vilken grad som blyfria lod kommer att bete sig annorlunda jämfört med blybaserade lod. Fem olika typer av tillförlitlighetstester har undersökts i detta examensarbete; vibration, mekanisk chock, termisk chock, termisk cykling och kombinerade tester. Whiskers, voids, sprödbrott och blandad montering studerades också. Individuella tester ska inte användas för att ta några definitiva beslut om blyfri lödnings tillförlitlighet. Den lägre tillförlitligheten för blyfria lod i en del tester behöver nödvändigtvis inte betyda att blyfria lod inte kan användas i högtillförlitliga applikationer som försvarselektronik.

De viktigaste slutsatserna från detta examensarbete är:

• Uppdatera eller byt logistiskt system och märk enligt tillgängliga standarder.

• Säkerställ en bra kretskortsdesign.

• Säkerställ en bra processkontroll.

• Alternativa mönsterkort bör användas. SAC är det tillförlitligaste lodet och ENIG är den tillförlitligaste ytbehandlingen.

• Kom ihåg att den ökade temperaturen påverkar varje steg i tillverkningen.

• Inga ökade problem med whiskers eller stort antal voids.

• Blandmontage är riskfyllt. Kompatibilitet och risker med kontaminering måste tas på allvar.

• Vilken miljö kommer applikationen att befinna sig i? Är det inte en starkt vibrerande eller temperaturcyklisk miljö bör blyfri lödning vara säkert att använda.

Place, publisher, year, edition, pages
Institutionen för ekonomisk och industriell utveckling , 2007. , 105 p.
Keyword [en]
RoHS, Lead-free, Reliability, Solder, Whiskers, Voids, Saab Systems
National Category
Other Environmental Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:liu:diva-8779ISRN: LIU-IEI-TEK-A--07/0083--SEOAI: oai:DiVA.org:liu-8779DiVA: diva2:23476
Presentation
2007-03-02, T.E.-huset konf.rum, A-huset, 58183 Linköping, Linköping, 10:00
Uppsok
teknik
Supervisors
Examiners
Available from: 2007-04-25 Created: 2007-04-25

Open Access in DiVA

fulltext(1876 kB)1616 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 1876 kBChecksum MD5
7fb79426d63a345ded5504997a78af9504c0acd11dab8955655d64d134a561a855dee834
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Department of Science and Technology
Other Environmental Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 1616 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 929 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • oxford
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf