無鉛焊點脆性的解決方法

無鉛焊點脆性的解決方法

由于*近實施的有害物質(zhì)限制法規(guī)（RoHS），出現(xiàn)了各種無鉛焊料供電子裝配業(yè)使用。SnAgCu（SAC)合金因具有出色的物理、機械和疲勞特性以及可接受的的焊接方式與成本而成為是*常見的選擇。然而，正如跌落試驗結(jié)果所示，此類合金的應用因為焊點的脆性較高（相對于63Sn37Pb）而顯得美中不足。對于采用陣列封裝（如BGA和CSP）的便攜式產(chǎn)品來說，此點尤為重要。
    SAC 焊點斷裂主要出現(xiàn)在焊膏與焊墊之間的界面處。顯而易見，任何發(fā)生在界面的問題均可能通過在界面一側(cè)或雙側(cè)采取措施（如焊墊金屬化和焊料合金）而得到解決，也可以通過減少對焊點的沖擊而予以改進。其它提高焊點可靠性的途徑還有：
(1) 改進表面處理
(2) 改進焊料合金
(3) 加強連接力
(4) 改進包裝
表面處理
    表面處理的成份直接影響IMC形成的類型。已知在某些情況下，鎳金焊墊的跌落試驗性能比OSP差。這一情況似乎與鎳上的粗粒IMC 扇形物(scallop)形成有關(guān)。如果鍍層厚度不控制在0.2微米范圍內(nèi)，沉浸銀的跌落試驗結(jié)果也會因小空洞而受到影響。
    表面處理的質(zhì)量可影響潤濕性和金屬間化合物的結(jié)構(gòu)。根據(jù)IBM的觀察，SAC焊點的脆性可能與各批之間OSP表面處理的變化有關(guān)，雖然變化的確切性質(zhì)尚不清楚。
焊料合金
    減少SAC合金的Ag含量(如SAC 105）固然有所助益，但性能仍然遜于共晶錫-鉛。在這一方面，開發(fā)和研究了一類以少量添加劑加以改良的SnAgCu 合金。這種合金解決方案常被稱為SAC+X，其中X是添加的一種或幾種元素。這一改進減少了焊料合金的硬度，從而也降低其脆性。對這個方法的一種擔心是可能會影響熱疲勞可靠性。銦泰公司*近一份關(guān)于各種合金（包括SAC+Mn）的報告提及其跌落試驗的性能優(yōu)于Sn63。此外，這種金屬的蠕變率也低于Sn63，因此跌落試驗和熱疲勞性能評價的結(jié)果提供了很有希望的結(jié)果。
加強連接力
    脆性焊點的脆弱可通過使用粘膠劑來補償。粘膠劑可增大BGA和PCB之間的連接強度。常用的方法有毛細管底部充膠和拐角加強點。底部充膠的缺點是步驟較多，而且助焊劑殘留物會影響粘著性，但其優(yōu)點是粘結(jié)強度較大。拐角加強點則在改進連接強度方面作用有限。有一種新的方法引起了業(yè)界極大的興趣，稱之為“非流動性底部充膠”。這種方法與SMT工藝完全兼容并對提高成品可靠性效果*佳。
改進包裝
    這種方法通過在便攜式產(chǎn)品的包裝中提供某種墊材而減少對焊點的沖擊影響。設計上的變化包括用橡膠或更具泡沫性的材料來取代硬殼材料。缺點是會增加裝置的體積和成本。

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