アプリケーションノート 3599

鉛フリー実装フローで高鉛(Pb)DS2761フリップチップを実装


要約: 電気部品および電子部品で鉛(Pb)を使用することは、近年、特定有害物質除去に関する指令(RoHS)を通じて、欧州連合によって禁止されました。この規制のため、実装工程は鉛フリー(Pbフリー)であることが必要です。DS2761フリップチップダイは、RoHSの規定から除外されていますが、鉛フリーのリフロー工程で問題なく実装されています。このアプリケーションノートでは、使用する鉛フリーの実装工程、および実装後に見られる信頼性ストレスについて詳しく説明します。

RoHS指令のため、多くの実装工程は、鉛(Pb)フリーのリフロー工程にて鉛フリーの半田を使用して行う必要があります。ダラスセミコンダクタは、+262℃のリフローピーク温度の実装工程を用いて479フリップチップを実装しましたが、実装後、業界基準の信頼性ストレスをフリップチップに加えました。結果として、DS2761フリップチップダイには致命故障が生じることなく、信頼性評価に合格しました。したがって、このアプリケーションノートに記載したパラメータを使用することで、鉛フリーのリフロー実装工程でDS2761フリップチップダイを実装可能であることがわかりました。

はじめに

欧州連合による近年の規制によって、電気部品および電子部品で鉛(Pb)を使用することが制限されています。これらの規制は、正式にはDirective 2002/95/ECと呼ばれ、一般的には特定有害物質除去に関する指令(RoHS)と呼ばれています。指令の対象外となるすべての部品を記載した付属書類(5ページ)がRoHSに添付されています。付属書類の7項に、「高溶融温度タイプの半田における鉛(すなわち、85%以上の鉛を含む錫/鉛の半田合金)」と記載されています。ダラスのバンプ技術は、一般的に「フリップチップ」と呼ばれるものです。これは融解点が高く95%が鉛(Pb)の半田バンプ構造であるため、RoHSの規制対象外となります。DS2761の材料成分の詳細な分析のため、DS2761の有害成分のコピーを付録Aに掲載しています。

RoHS指令のため、多くの実装工程は、鉛(Pb)フリーのリフロー工程にて鉛(Pb)フリーの半田を使用する必要があります。DS2761は、鉛(Pb)フリー工程で実装した後、信頼性ストレスに問題なく合格しました。このアプリケーションノートでは、使用するリフロー工程およびそれに伴う信頼性ストレスについて説明します。

鉛(Pb)フリーの基板実装のリフロー工程

DS2761フリップチップ基板は、Tg > +170°Cの高温FR4 PC基板材を使用して実装しました。この基板のCAD図面を付録Bに掲載しています。Indium Corporation of America® (インジウム5.1の製品データシートを参照)のインジウム5.1鉛(Pb)フリー半田ペーストを使用してフリップチップを基板に取り付けました。DS2761のフリップチップは、5ゾーンのBTUモデルSSA 70のリフロー炉に通して実装しました。炉の中のコンベアは、毎分16.5インチに設定し、ゾーン1~5はそれぞれ+250°C、+230°C、+240°C、+250°C、および+280°Cに設定しました。リフローピーク温度は+262°Cでした。リフロープロファイルを以下の図1、および付録Cにも示しています。

図1. DS2761のリフロープロファイル
図1. DS2761のリフロープロファイル

DS2761の信頼性ストレス

鉛(Pb)フリーの実装工程の後、業界基準の信頼性ストレスを479の実装基板に加えました。これらのストレスには、動作寿命、保存寿命、温度サイクル、温度/湿度バイアス、およびバイアスなしの耐湿性が含まれます。DS2761フリップチップダイには、すべてのテストが完了した後で致命故障はありませんでした。すべてのストレスと結果を収めた信頼性レポートは、ダウンロードしてご利用いただけます。

まとめ

ダラスセミコンダクタのDS2761フリップチップダイは、RoHSの付属書類の7項に記載されているように、RoHS指令から除外されています。ただし、鉛(Pb)フリーのリフロー実装工程を使用して、このダイを実装することができます。ダラスセミコンダクタは、+262°Cのリフローピーク温度の実装工程を用いて479フリップチップ基板を実装しました。実装後、業界基準の信頼性ストレスを基板に加えました。結果として、DS2761フリップチップダイには致命故障がなく、信頼性評価に合格しました。したがって、このアプリケーションノートに記載したパラメータを使用することで、鉛(Pb)フリーのリフロー実装工程でDS2761フリップチップダイを実装可能であることがわかりました。DS2760の改訂版C2およびDS2761のA2は同一のダイを使用しているため、この評価はDS2760のC2にも当てはまります。

付録A. DS2761の有害成分
付録A. DS2761の有害成分
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付録B. 高温FR4基板材の図面
付録B. 高温FR4基板材の図面
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付録C. 鉛(Pb)フリーの半田リフロープロファイル
付録C. 鉛(Pb)フリーの半田リフロープロファイル
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