DIN EN 61191-6-2011 Printed board assemblies - Part 6 Evaluation criteria for voids in soldered joints of BGA and LGA and measurement method (IEC 61191-6 2010) German version EN 61.pdf

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1、Januar 2011DEUTSCHE NORM DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDEPreisgruppe 23DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 3

2、1.180!$k%Z“1720255www.din.deDDIN EN 61191-6Elektronikaufbauten auf Leiterplatten Teil 6: Bewertungskriterien fr Hohlrume in Ltverbindungen von BGAund LGA und Messmethode (IEC 61191-6:2010);Deutsche Fassung EN 61191-6:2010Printed board assemblies Part 6: Evaluation criteria for voids in soldered join

3、ts of BGA and LGA and measurementmethod (IEC 61191-6:2010);German version EN 61191-6:2010Ensembles de cartes imprimes Partie 6: Critres dvaluation des vides dans les joints brass des botiers BGA et LGA etmthode de mesure (CEI 61191-6:2010);Version allemande EN 61191-6:2010Alleinverkauf der Normen du

4、rch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 42 SeitenDIN EN 61191-6:2011-01 2 Anwendungsbeginn Anwendungsbeginn fr die von CENELEC am 2010-04-01 angenommene Europische Norm als DIN-Norm ist 2011-01-01. Nationales Vorwort Vorausgegangener Norm-Entwurf: E DIN IEC 61191-6:2007-12. Fr d

5、iese Norm ist das nationale Arbeitsgremium K 682 Montageverfahren fr elektronische Baugruppen“ der DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDE (www.dke.de) zustndig. Die enthaltene IEC-Publikation wurde vom TC 91 Electronics assembly technology“ erarbeitet. D

6、as IEC-Komitee hat entschieden, dass der Inhalt dieser Publikation bis zu dem Datum (maintenance result date) unverndert bleiben soll, das auf der IEC-Website unter http:/webstore.iec.ch“ zu dieser Publikation angegeben ist. Zu diesem Zeitpunkt wird entsprechend der Entscheidung des Komitees die Pub

7、likation besttigt, zurckgezogen, durch eine Folgeausgabe ersetzt oder gendert. Fr den Fall einer undatierten Verweisung im normativen Text (Verweisung auf eine Norm ohne Angabe des Ausgabedatums und ohne Hinweis auf eine Abschnittsnummer, eine Tabelle, ein Bild usw.) bezieht sich die Verweisung auf

8、die jeweils neueste gltige Ausgabe der in Bezug genommenen Norm. Fr den Fall einer datierten Verweisung im normativen Text bezieht sich die Verweisung immer auf die in Bezug genommene Ausgabe der Norm. Der Zusammenhang der zitierten Normen mit den entsprechenden Deutschen Normen ergibt sich, soweit

9、ein Zusammenhang besteht, grundstzlich ber die Nummer der entsprechenden IEC-Publikation. Beispiel: IEC 60068 ist als EN 60068 als Europische Norm durch CENELEC bernommen und als DIN EN 60068 ins Deutsche Normenwerk aufgenommen. Anmerkung zu LGA Sinngeme Anwendung der BGA-Begrifflichkeiten auf das L

10、GA. EUROPISCHE NORM EUROPEAN STANDARD NORME EUROPENNE EN 61191-6 April 2010 ICS 31.180 Deutsche Fassung Elektronikaufbauten auf Leiterplatten Teil 6: Bewertungskriterien fr Hohlrume in Ltverbindungen von BGA und LGA und Messmethode (IEC 61191-6:2010) Printed board assemblies Part 6: Evaluation crite

11、ria for voids in soldered joints of BGA and LGA and measurement method (IEC 61191-6:2010) Ensembles de cartes imprimes Partie 6: Critres dvaluation des vides dans les joints brass des botiers BGA et LGA et mthode de mesure (CEI 61191-6:2010) Diese Europische Norm wurde von CENELEC am 2010-04-01 ange

12、nommen. Die CENELEC-Mitglieder sind gehalten, die CEN/CENELEC-Geschftsordnung zu erfllen, in der die Bedingungen festgelegt sind, unter denen dieser Europischen Norm ohne jede nderung der Status einer nationalen Norm zu geben ist. Auf dem letzten Stand befindliche Listen dieser nationalen Normen mit

13、 ihren bibliographischen Angaben sind beim Zentralsekretariat oder bei jedem CENELEC-Mitglied auf Anfrage erhltlich. Diese Europische Norm besteht in drei offiziellen Fassungen (Deutsch, Englisch, Franzsisch). Eine Fassung in einer anderen Sprache, die von einem CENELEC-Mitglied in eigener Verantwor

14、tung durch bersetzung in seine Landessprache gemacht und dem Zentralsekretariat mitgeteilt worden ist, hat den gleichen Status wie die offiziellen Fassungen. CENELEC-Mitglieder sind die nationalen elektrotechnischen Komitees von Belgien, Bulgarien, Dnemark, Deutschland, Estland, Finnland, Frankreich

15、, Griechenland, Irland, Island, Italien, Kroatien, Lettland, Litauen, Luxemburg, Malta, den Niederlanden, Norwegen, sterreich, Polen, Portugal, Rumnien, Schweden, der Schweiz, der Slowakei, Slowenien, Spanien, der Tschechischen Republik, Ungarn, dem Vereinigten Knigreich und Zypern. CENELEC Europisc

16、hes Komitee fr Elektrotechnische Normung European Committee for Electrotechnical Standardization Comit Europen de Normalisation Electrotechnique Zentralsekretariat: Avenue Marnix 17, B-1000 Brssel 2010 CENELEC Alle Rechte der Verwertung, gleich in welcher Form und in welchem Verfahren, sind weltweit

17、 den Mitgliedern von CENELEC vorbehalten. Ref. Nr. EN 61191-6:2010 DDIN EN 61191-6:2011-01 EN 61191-6:2010 Vorwort Der Text des Schriftstcks 91/897/FDIS, zuknftige 1. Ausgabe von IEC 61191-6, ausgearbeitet von dem IEC/TC 91 Electronics assembly technology“, wurde der IEC-CENELEC Parallelen Abstimmun

18、g unterworfen und von CENELEC am 2010-04-01 als EN 61191-6 angenommen. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Elemente dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. CEN und CENELEC sind nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. Nachstehend

19、e Daten wurden festgelegt: sptestes Datum, zu dem die EN auf nationaler Ebene durch Verffentlichung einer identischen nationalen Norm oder durch Anerkennung bernommen werden muss (dop): 2011-01-01 sptestes Datum, zu dem nationale Normen, die der EN entgegenstehen, zurckgezogen werden mssen (dow): 20

20、13-04-01 Der Anhang ZA wurde von CENELEC hinzugefgt. Anerkennungsnotiz Der Text der Internationalen Norm IEC 61191-6:2010 wurde von CENELEC ohne irgendeine Abnderung als Europische Norm angenommen. In der offiziellen Fassung sind unter Literaturhinweise“ zu den aufgelisteten Normen die nachstehenden

21、 Anmerkungen einzutragen: IEC 61190-1-3:2007 ANMERKUNG Harmonisiert als EN 61190-1-3:2007 (nicht modifiziert). IEC 61191-1 ANMERKUNG Harmonisiert als EN 61191-1. 2 DIN EN 61191-6:2011-01 EN 61191-6:2010 Inhalt SeiteVorwort .2 Anerkennungsnotiz.2 Einleitung5 1 Anwendungsbereich.6 2 Normative Verweisu

22、ngen .6 3 Begriffe .6 4 Hohlrume in Ltverbindungen 7 4.1 Allgemeines7 4.2 Ursachen von Hohlrumen 7 4.3 Einfluss von Hohlrumen .8 4.4 Nachweis von Hohlrumen 8 4.5 Klassifizierung von Hohlrumen.8 5 Messung.9 5.1 Rntgentransmissionsgerte .9 5.2 Messklima 9 5.3 Messverfahren10 5.4 Aufzeichnung der Messe

23、rgebnisse10 5.5 Betrachtungen zur Messung 11 6 Hohlraumanteil .11 6.1 Berechnung des Hohlraumanteils 11 6.2 Hohlraumanteil bei mehreren Hohlrumen 13 7 Bewertung 13 7.1 Zu bewertende Ltverbindungen .13 7.2 Bewertung der aufgrund von Hohlrumen verminderten Lebensdauer bei Temperaturwechselbeanspruchun

24、g.13 7.3 Bewertungskriterien fr Hohlrume14 Anhang A (informativ) Experimentelle Ergebnisse und Simulation von Hohlrumen sowie Verringerung der Lebensdauer durch Wrmebeanspruchung 15 Anhang B (informativ) Rntgentransmissionsgert.19 Anhang C (informativ) Hohlrume in BGA-Lotbllen 21 Anhang D (informati

25、v) Messung mit bildgebendem Rntgentransmissionsverfahren 35 Literaturhinweise 39 Anhang ZA (normativ) Normative Verweisungen auf internationale Publikationen mit ihren entsprechenden europischen Publikationen 40 Bild 1 Hohlraumanteil 12 Bild 2 Hohlrume in einer Ltverbindung 14 3 DIN EN 61191-6:2011-

26、01 EN 61191-6:2010 SeiteBild A.1 BGA-Ltverbindung aus Sn-Ag-Cu 16 Bild A.2 BGA-Ltverbindung aus Sn-Zn 16 Bild A.3 LGA-Ltverbindung 17 Bild B.1 Aufbau des Gertes .19 Bild C.1 Ansammlung kleiner Hohlrume an der Lotballanschlussflchen-Grenzflche 25 Bild C.2 Rntgenbild von Lotbllen mit Hohlrumen.26 Bild

27、 C.3 Beispiel einer Hohlraumflche an der Anschlussflchen- oder Leiterplattengrenzflche26 Bild C.4 Hohlrume in BGA mit Rissen, die am Eckanschluss beginnen .31 Bild D.1 Rntgentransmissionsbildgebung36 Bild D.2 Rntgentransmissionsabbildung der Ltverbindung37 Bild D.3 Typische Rntgentransmissionsbilder

28、 einer Ltverbindung 37 Tabelle 1 Klassifizierung von Hohlrumen 9 Tabelle 2 Beispiele eines Querschnitts einer Verbindung und Hohlraumanteil 13 Tabelle A.1 Ermdungslebensdauer verringert durch Hohlrume in Ltverbindungen von BGA.16 Tabelle A.2 Ermdungslebensdauer verringert durch Hohlrume in Ltverbind

29、ungen von LGA .17 Tabelle A.3 Hohlraum-Bewertungskriterien fr Ltverbindungen von BGA 18 Tabelle A.4 Hohlraum-Bewertungskriterien fr Ltverbindungen von LGA 18 Tabelle C.1 Hohlraum-Klassifizierungt 26 Tabelle C.2 Korrekturindikator fr verwendete Anschlussflchen mit einem Raster von 1,5 mm, 1,27 mm ode

30、r 1,0 mm 27 Tabelle C.3 Korrekturindikator fr verwendete Anschlussflchen mit einem Raster von 0,8 mm, 0,65 mm oder 0,5 mm 29 Tabelle C.4 Korrekturindikator fr verwendete Anschlussflchen mit Verbindungsloch im Anschlusspad mit einem Raster von 0,5 mm, 0,4 mm oder 0,3 mm .32 Tabelle C.5 Bildvergleich

31、des Lotballs- und Hohlraumgren (Grenverhltnis) fr gewhnliche Kugelkontaktdurchmesser33 Tabelle C.6 C = 0 Probenahmeplan (Probengre fr bestimmte Indexwerte)34 4 DIN EN 61191-6:2011-01 EN 61191-6:2010 Einleitung Die Notwendigkeit der Bewertung von Hohlrumen in Ltverbindungen nimmt in der Industrie zu,

32、 da die Hohlrume die Zuverlssigkeit der Verbindungen beeintrchtigen knnen und die Bauteile kleiner werden. Da sich die Anzahl der Verbindungen erhht, muss die Zuverlssigkeit je Ltverbindung ebenfalls grer werden. In einigen Lndern und Handelsorganisationen wurde dieses Thema diskutiert, und es wurde

33、n bestimmte Vorschlge fr die Klassifizierung oder Bewertung von Hohlrumen gemacht, um Prozessrichtlinien zu ent-wickeln. Das gleiche Thema wurde auch wissenschaftlich untersucht, um den Zusammenhang zwischen Hohlrumen und Zuverlssigkeit einer Ltverbindung zu ermitteln. Die Zuverlssigkeitsuntersuchun

34、gen lieferten nennenswerte Ergebnisse, einschlielich des Zusammenhangs zwischen der (geometrischen) Form der Hohlrume und der auf Hohlrumen in einer Verbindung beruhenden Verringerung der Lebensdauer bei Temperaturwechselbeanspruchung. Auf Grundlage der verfgbaren Informationen wurden Bewertungskrit

35、erien fr Hohlrume in gelteten Lotball-Verbindungen fr BGA (Rasteranordnung von Kugelanschlssen, en: ball grid array) und LGA (Rasteranordnung von Anschlussflchen, en: land grid array) aufgestellt. 5 DIN EN 61191-6:2011-01 EN 61191-6:2010 1 Anwendungsbereich Der vorliegende Teil der IEC 61191 legt di

36、e Bewertungskriterien fr Hohlrume auf der Skala der Lebensdauer bei Temperaturwechselbeanspruchung und das Hohlraum-Messverfahren mittels Rntgen-untersuchung fest. Dieser Teil der IEC 61191 gilt fr Hohlrume, die in den Ltverbindungen von BGA und LGA beim Oberflchenmontieren auf eine Leiterplatte erz

37、eugt werden. Dieser Teil der IEC 61191 gilt nicht fr das BGA-Gehuse selbst, bevor es auf eine Leiterplatte montiert wurde. Diese Norm gilt auer fr BGA und LGA auch fr Bauteile mit Verbindungen, die durch Schmelzen und Wiedererstarrung hergestellt werden, wie z. B. Flip-Chip-Bauteile und Multichip-Mo

38、dule. Die Norm gilt nicht fr Verbindungen mit Unterfllung zwischen Bauteil und Leiterplatte oder fr Ltverbindungen innerhalb eines Bauteilgehuses. Diese Norm gilt fr Hohlrume mit Gren von 10 Mikrometer bis einigen Hundert Mikrometer, die beim Lt-vorgang entstehen, jedoch nicht fr Hohlrume mit kleine

39、rem Durchmesser als 10 Mikrometer (typischerweise flchige Mikrohohlrume). Diese Norm ist fr Bewertungszwecke vorgesehen und gilt fr Forschungsstudien, Off-line-Kontrolle des Produktionsprozesses und Zuverlssigkeitsbeurteilung der Baugruppe. 2 Normative Verweisungen Die folgenden zitierten Dokumente

40、sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). IEC 60068-1:1988, Environmental testing Part 1: General and

41、 guidance Amendment 1:1992 IEC 60194:2006, Printed board design, manufacture and assembly Terms and Definitions 3 Begriffe Fr die Anwendung dieses Dokuments gelten die Begriffe nach IEC 60194 und die folgenden Begriffe. Die Begriffe BGA“ und LGA“ wurden lediglich zur Information des Lesers hinzugefg

42、t, siehe auch IEC 60194. 3.1 Rasteranordnung von Kugelanschlssen BGA (en: ball grid array) ein Gehuse zur Oberflchenmontage, bei dem die Anschlusshcker als Gitter am Gehuseboden ausge-bildet sind IEC 60194, 34.1096 3.2 Rasteranordnung von Anschlussflchen LGA (en: land grid array) ein Oberflchenmonta

43、gegehuse mit den Anschlussflchen als Flchenraster am Gehuseboden IEC 60194, 33.1891, modifiziert 6 DIN EN 61191-6:2011-01 EN 61191-6:2010 3.3 Hohlraumanteil Verhltnis der Querschnittsflche des Hohlraums in einer Ltverbindung zur maximalen Querschnittsflche der Verbindung. ANMERKUNG Die praktische Be

44、rechnung fr eine Hohlraumbewertung ist in 6.1 festgelegt. 3.4 Makrohohlrume die am hufigsten auftretenden Hohlrume in Ltverbindungen, sie werden durch flchtige Verbindungen verursacht, die whrend des Ltvorgangs auftreten, und haben blicherweise einen Durchmesser von mehr als 10 m 3.5 flchige Mikroho

45、hlrume eine Serie kleiner Hohlrume, die sich zwischen den Leiterplattenanschlussflchen und dem Lot befinden, sie werden durch den Oberflchenzustand der Leiterplatte verursacht 4 Hohlrume in Ltverbindungen 4.1 Allgemeines Eine nderung der Hohlraumgre oder -hufigkeit kann ein Anzeichen fr die Notwendi

46、gkeit einer Anpassung der Herstellungsparameter sein. Zwei belegte Ursachen fr Hohlrume sind eingeschlossenes Flussmittel, das nicht gengend Zeit hatte, um aus der Lotpaste freigesetzt zu werden, oder Verunreinigungen auf unzureichend gereinigten Leiterplatten. Hohlrume erscheinen (beim Rntgen) als

47、hellere Bereiche innerhalb der Lotblle und werden blicherweise ber das Gehuse willkrlich verteilt gefunden. 4.2 Ursachen von Hohlrumen Es knnen Hohlrume in einem BGA-Lotball, in der Ltverbindung an einer LSI-Gehusegrenzflche oder in der Ltverbindung an einer Leiterplattengrenzflche auftreten. Fr die

48、se Hohlrume knnen verschiedene Quellen und Grnde verantwortlich sein. So knnen in den BGA-Lotkugeln bereits vorhandene Hohlrume, die auf dem Herstellungsprozess der Lotkugeln beruhen knnen, bestehen bleiben. Die Hohlrume knnen in die Aufschmelzltverbindung entweder durch in den Lotkugeln des Ausgangsbauelements vorhandene Hohlrume oder whrend des Aufschmelz-Montageverfahrens eingebracht werden. Auerdem knnen sich Hohlrume whrend der Oberflchenmontage nahe der Leiterplattengrenzflche bilden. Diese Hohlrume bilde