当前位置: 首页 » 资讯 » SMT工艺 » 正文

界面金属层IMC对SMT焊接品质的影响

放大字体  缩小字体 发布日期:2011-01-19  浏览次数:725
 

  在IMC老化过程中,原来锡铅层中的锡份不断的输出,用与底材铜共组成合金共化物,因而使得原来镀锡铅或喷锡铅层中的锡份逐渐减少,进而造成铅份在比例上的不断增加。一旦当IMC的总厚度成长到达整个锡铅层的一半时,其含锡量也将由原来的60%而降到40%,此时其沾锡性的恶化当然就不言而喻。并由底材铜份的无限量供应,但表层皮膜中的锡量却愈来愈少,因而愈往后来所形成的IMC,将愈趋向恶性的Cu3Sn。

 

  且请务必注意,一旦环境超过60℃时,即使新生成的Cu6Sn5也开始转变长出Cu3Sn来。 一旦这种不良的ε-phase成了气候,则焊点主体中之锡不断往介面溜走,致使整个主体皮膜中的铅量比例增加,后续的焊接将会呈现缩锡(Dewetting)的场面。这种不归路的恶化情形,又将随着原始锡铅皮膜层的厚薄而有所不同,越薄者还会受到空气中氧气的助虐,使得劣化情形越快。故为了免遭此一额外的苦难,一般规范都要求锡铅皮膜层至少都要在0.3mil以上。

 

  老化後的锡铅皮膜,除了不良的IMC及表面能太低,而导致缩锡的效应外,镀铜层中的杂质如氧化物、有机光泽剂等共镀物,以及锡铅镀层中有机物或其它杂质等,也都会朝向IMC处移动集中,而使得缩锡现象雪上加霜更形恶化。

 

  从许多种前人的试验及报告文献中,可知有三种加速老化的模式,可以类比出上述两种焊锡性劣化及缩锡现象的试验如下︰

 

  ◎ 在高温饱和水蒸气中曝置1-24小时。

 

  ◎ 在125~150℃的乾烤箱中放置4-16小时。

 

  ◎ 在高温水蒸气加氧气的环境中放置1小时;之後仅在水蒸气中放置24小时;再另於155℃的乾烤箱中放置4小时;及在40℃,90~95%RH环境中放置10天。如此之连续折腾

 

  约等於1年时间的自然老化。 在经此等高温高湿的老化条件下,锡铅皮膜表面及与铜之介面上会出现氧化、腐蚀,及锡原子耗失(Depletion)等,皆将造成焊锡性的劣化。

 

  六、锡金IMC

 

  焊锡与金层之间的IMC生长比铜锡合金快了很多,由先后出现的顺序所得的分子式有AuSn,AuSn2,AuSn4等。在150℃中老化300小时后,其IMC居然可增长到50μm(或2mil)之厚。因而镀金零件脚经过焊锡之后,其焊点将因IMC的生成太快,而变的强度减弱脆性增大。幸好仍被大量柔软的焊锡所包围,故内中缺点尚不曝露出来。又若当金层很薄时,例如是把薄金层镀在铜面上再去焊锡,则其焊点强度也很快就会变差,其劣化程度可由耐疲劳强度试验周期数之减少而清楚得知。

 

  曾有人故意以热压打线法(Thermo-Compression,注意所用温度需低于锡铅之熔点)将金线压入焊锡中,于是黄金就开始向四周的焊锡中扩散,逐渐形成如图中白色散开的IMC。该金线原来的直径为45μm,经155℃中老化460小时后,竟然完全消耗殆尽,其效应实在相当惊人。但若将金层镀在镍面上,或在焊锡中故意加入少许的铟,即可大大减缓这种黄金扩散速度达5倍之多。

 

  七、锡银IMC

 

  锡与银也会迅速的形成介面合金共化物Ag3Sn,使得许多镀银的零件脚在焊锡之后,很快就会发生银份流失而进入焊锡之中,使得银脚焊点的结构强度迅速恶化,特称为"渗银Silver leaching"。此种焊后可靠性的问题,曾在许多以钯层及银层为导体的“厚膜技术"(Thick Film Technology)中发生过,SMT中也不乏前例。若另将锡铅共融合金比例63/37的焊锡成分,予以小幅的改变而加入2%的银,使成为62/36/2的比例时,即可减轻或避免发生此一"渗银"现象,其焊点不牢的烦恼也可为之舒缓。最近兴起的铜垫浸银处理(Immersion Silver),其有机银层极薄仅4-6μm而已,故在焊接的瞬间,银很快就熔入焊锡主体中,最后焊点构成之IMC层仍为铜锡的Cu6Sn5,故知银层的功用只是在保护铜面而不被氧化而已,与有机护铜剂(OSP)之Enetk极为类似,实际上银本身并未参加焊接。

 

  八、锡镍IMC

 

  电子零件之接脚为了机械强度起见,常用黄铜代替纯铜当成底材。但因黄铜中含有多量的锌,对于焊锡性会有很大的妨碍,故必须先行镀镍当成屏障(Barrier)层,才能完成焊接的任务。事实上这只是在焊接的瞬间,先暂时达到消灾避祸的目的而已。因不久后镍与锡之间仍也会出现IMC,对焊点强度还是有不良的影响。

 

  表4. 各种IMC在扩散系数与活化能方面的比较

 

  System Intermetallic Compounds Diffusion Coefficient(m2/s) Activation Energy(J/mol)

 

  Cu-Sn Cu6Sn5,Cu3Sn 1×106 80,000

 

  Ni-Sn Ni3Sn2,Ni3Sn4,Ni3Sn7 2×107 68,000

 

  Au-Sn AuSn,AuSn2 AuSn 3×104 73,000

 

  Fe-Sn FeSnFeSn2 2×109 62,000

 

  Ag-Sn Ag3Sn 8×109 64,000

 
[ 资讯搜索 ]  [ 加入收藏 ]  [ 告诉好友 ]  [ 打印本文 ]  [ 关闭窗口 ]

 
0条 [查看全部]  相关评论

 
推荐图文
推荐资讯
点击排行
 
网站首页 | 注册指南 | 网站制作 | 关于我们 | 联系方式 | 使用协议 | 版权隐私 | 网站地图 | 排名推广 | 广告服务 | 积分换礼 | 网站留言 | RSS订阅 | 沪ICP备09033911号-6