無鉛焊點可靠性問題分析及測試方法

　　其中Ni／Au涂層又有浸金法和鍍金法兩種，浸金法由于工藝簡單而較受國內(nèi)廠商青睞，但此法難于控制Au層厚度，常會出現(xiàn)Au層厚度不足導致其下的Ni層氧化，影響回流焊接時焊點的性能。對于此種情況，廠商一般可用俄歇電子能譜儀（AES）精確測量PCB焊盤的Au層厚度是否符合規(guī)格。

　?。?）工藝：在SMT、MCM制作工藝過程中，通常會遇到諸如焊料儲存溫度不當、焊盤焊料不足、再流焊溫度曲線設置不當?shù)葐栴}。就無鉛焊接而言，再流焊工藝溫度曲線的優(yōu)化至為重要，優(yōu)良的工藝既可保證形成高可靠性的焊接，又保持盡可能低的峰值溫度。

　　因此，目前除日本以外，其他國家的消費電子公司似乎都接受了錫銀銅合金系列，合金中銀所占比例為3．0％～4.7％，銅為0．5％-3.0％。不同成分的合金熔點相差不大，基本上在217℃-221℃之間，而錫鉛合金（63％的錫和37％的鉛）的液相溫度是183℃，兩者相差34℃。

　　因此嚴密監(jiān)控再流工藝中的關鍵變量，如峰值溫度、高于液相溫度的時間、浸漬時間、浸漬溫度以及由于選擇焊劑和焊膏而引起的斜坡速率，以確保再流焊過程保持1．33或高于1．33的Cpk。另外需注意的一點是含Bi無鉛焊料的使用問題。研究發(fā)現(xiàn)，含Bi焊料與Sn-Pb涂層的器件接觸時，回流焊后會生成Sn-Pb-Bi共晶合金，熔點只有99．6℃，極易導致焊接部位開裂的發(fā)生。因此對含Bi無鉛焊料的使用需注意器件涂層是否為Sn-Pb涂層。

　　另外，關于無鉛焊接工藝中出現(xiàn)的空洞問題14，15］?？斩词腔ミB焊點在回流焊接中常見的一種缺陷，在BGA／CSP等器件上表現(xiàn)得尤為突出。由于空洞的大小、位置、所占比例以及測量方面的差異性較大，至今對空洞水平的安全性評估仍未統(tǒng)一。有經(jīng)驗的工程師習慣將無較大空洞（小尺寸的空洞體積之和不超過焊點體積的0．5％）、空洞比例低于15％～20％，且不集中于連接處的空洞歸于回流焊接中常見的一種缺陷，并認為是可以接受的；

　　另一方面，按照Motorola的研究結果認為直徑3μm～5μm的空洞事實上能提高焊點的長期可靠性，因為它在一定程度上可以阻止焊點中裂紋的擴展。但一般認為大的空洞，或空洞面積達到一定比例后會給可靠性帶來不利影響。

　　因此，在無鉛焊接中，空洞仍然是一個必須關注的問題。在熔融狀態(tài)下，Sn／Ag／Cu合金比Sn-Pb合金的表面張力更大，表面張力的增加勢必會使氣體在冷卻階段的外溢更加閑難，使得空洞比例增加。這一點在無鉛錫膏的研發(fā)過程中得到證實，結果顯示使用無鉛錫膏的焊點中的空洞數(shù)量多于使用錫鉛錫膏的焊點。

　　大的空洞和一些小的球形空洞是由于助焊劑的揮發(fā)造成的，錫膏中助焊劑的配比是影響焊點空洞的最直接因素，因此無鉛錫膏仍有很大的改善空間。作為新一代的無鉛錫膏產(chǎn)品，Multicore（96SCLF32OAGS88）由于增加了助焊劑在高溫的活性，實現(xiàn)了技術上的長足飛躍，使得無鉛焊點的空洞水平可降低到7．5％左右。近兩年隨著材料研究方面的進展，研制的第二代通用型無鉛焊膏除了具有更寬的工藝窗口、更容易應用、有更好的外觀外，最為重要的是解決了空洞問題。