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            1. IMC的微結構如何影響pcba焊點可靠性

              2019-06-10 17:49:48

              IMC形成的微組織結構主要是通過金屬偏析、晶粒粗細成片、柯肯達爾(Kirkendall)空洞等途徑對焊接結合部的可靠性造成影響的。接下來,佩特科技小編將詳細講解分析這三個方面。

              1、金屬偏析

              金屬合金中各部分化學成分的不均勻性,稱為金屬偏析,如Pb偏析。

              有學者在研究界面顯微組織在裂紋生長中的影響時,認為沿錫鉛焊料焊接界面的疲勞裂紋的生長速率、釋放的應力均與老化時間有關。在長時間的高溫老化(例如在140℃,7~30天條件下),由于在界面附近焊料中的Sn與母材金屬Cu進行冶金反應,形成的銅錫(CuSn)金屬間化合物過程中消耗了Sn,因而在緊挨焊接界面IMC上,形成了一個連續的富Pb相區域,而形成Pb偏析。

              在電子pcba組裝焊接中,偏析是一種冶金過程中發生的缺陷。由于焊點各部分化學成分不一致,勢必使其機械及物理性能不一致。從而提供了焊接界面疲勞裂紋易于擴展的途徑。這樣就會影響焊點的工作效果和使用壽命。因此,在pcba加工生產中必須防止合金在凝固過程中產生偏析。

              2、晶粒粗細成片

              以無鉛焊接為例,當ASC387-BGA焊料球以較慢的速度(0.02℃/S)凝固時,大片狀的Ag3Sn會貫穿整個焊料。在靠近Cu6Sn5的IMC層處可觀察到有大片狀的Ag3Sn顆粒,有人研究疲勞裂紋伸展的途徑發現,裂紋正是沿著Ag3Sn相的界面擴展的。顯然,大片狀的Ag3Sn會對焊點延展性和抗疲勞造成不利影響。同時,組織中晶粒的粗細對焊點的機、電性能也會造成大的影響。

              3、柯肯達爾空洞

              1)柯肯達爾空洞的定義:在兩種不同的材料之間,由于擴散速率的不同所產生的空洞就稱為柯肯達爾空洞。

              2)柯肯達爾空洞的形成:國外文獻報道了在BGA的Cu和Sn63Pb37焊料界面,在125℃下,經歷20天的老化后,由于在Cu3Sn相的形成過程中,Sn和Cu不同的擴散速度使其物質遷移不平衡,導致了空位或者微小的柯肯達爾空洞的形成。母材和焊接端面在電鍍過程中帶入的氫也會加速這種空位或者空洞的形成。

              3)柯肯達爾空洞對焊點可靠性的影響:我們最關心的問題是通常在最初的機械應力試驗中是無法將這類缺陷焊點發現的,但在使用過程中焊點卻會逐漸劣化。例如:

              Sn63Pb37焊料和近似共晶焊料SAC305與Cu或者Ni(P)/浸Au焊接連接后,在150℃下老化1000小時,進行沖擊試驗。老化試驗進行到500小時,在SnPb或者SAC焊料和Cu基板的界面Cu3Sn相中觀察到有大量空洞。且隨著老化時間的繼續增加,由于空洞帶來的焊接斷裂從焊料內部轉化到IMC層內。

              由近似共晶SAC焊料球BGA在Cu基板上焊接,在100℃、125℃、150℃和175℃下等溫老化3天、10天、20天和40天后,進行跌落和剪切試驗。在Cu和Cu3Sn界面觀察到了柯肯達爾空洞。在125℃下老化3天后,空洞占整個焊盤/焊料界面的25%??斩措S老化時間和溫度的增加而增加。125℃下老化10天后的跌落試驗性能比未老化時降低。


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