PCB-Neuigkeiten - Die versteckten Sorgen des bleifreien Lötens auf Leiterplatten (3)

Die versteckten Sorgen des bleifreien Lötens auf Leiterplatten(3) Interface micro-holes

In die early stage, Der Autor benutzte zunächst drei wesentliche Mängel wie Lötverfahren, Schwebender Lötring, und Blei-Zinn-Schnurrhaare, Hinweis darauf, dass bleifreies Löten mehr und schlechter schlechter Qualität hat als das aktuelle Bleilöten. In der Tat, Es gibt mehr versteckte Sorgen, die die Zuverlässigkeit des bleifreien Lötens unvermeidlich beeinträchtigen. Die Präsentation dieser verschiedenen negativen Qualitäten wartet immer noch darauf, dass die Industrie und Zulieferer für Aktualität kämpfen und ihre Bemühungen intensivieren, einige schmerzhafte und einige bekannte und unbekannte Probleme zu lösen., ansonsten besteht eine Lücke zwischen Vor- und Nachlauf und Angebot und Nachfrage in der Umgebung., Verursacht endlose Streitigkeiten und endlose Schwierigkeiten.
1. Formation of mainstream solder
Lead-free solders have been finalized as SAC30(5) (S n 9 6.5%, A g 3.0%, C u 0.5%) or SAC405 (S n 9 5.5%, A g 4.0%, C u 0.5%), etc. Nominal (NO mina 1) weight ratio alloys are the mainstream. Die Industrie hat eine große Anzahl diversifizierter Tests durchgeführt, Etablierte Beispiele und Konsens über Temperaturzeitpläne und mehrere Ausfallmodi für die Massenproduktion, und etwas praktisches Vertrauen gewonnen. Vor- und nachgeschaltet ist es fast unmöglich, mehr Energie und Zeit für andere Legierungslöte zu verwenden. Japanese companies often use low melting point "tin-zinc-bismuth" alloys (S n 89%, Z n 8.0%, B i 3.0%), or other antimony (S b), handcuffs (G e) or nickel (N i) Various solders; in fact, Die großen OEM-Kunden in den unteren Regionen Europas und der Vereinigten Staaten sind sich selten einig.
This is the comparison of lead-free SAC and leaded Sn63 (Relow) temperature-time curve (PrOnle)

Among the two mainstream tin, Silber- und Kupferlöte, SAC305 hat die Oberhand. Ein Grund dafür ist, dass die Kosten von 1% weniger Silber natürlich günstiger sind. Die zweite ist, dass der lange Streifen Ag3S n in der Lötstelle schlechte IMC hat. Die Reduzierung. Das derzeitige Patent der S A C 3 O 5 Legierungsformel ist im gemeinsamen Besitz von Senju Metals aus Japan und der University of Iowa in den Vereinigten Staaten. Alle Lotlieferanten in verschiedenen Ländern müssen die Patentgebühr zahlen.
Wie beim Wellenlöten, WaveSoldering g, und der Spray-Zinn-Prozess von PCB, obwohl SAC305 auch verwendet werden kann, zur Kosteneinsparung, cheaper tin-copper alloys (Sn99.3% nach wt, Cu 0.7% bywt) can also be used. Aber sein Schmelzpunkt ist 10°C höher als SAC305 und erreicht 227°C. Darüber hinaus, Es wird erwartet, dass die Zinn-Tauchzeit viel länger ist als die von S n 6 3/P b 37, So muss die Verweilzeit bei der Spitzentemperatur von 2 6 5-2 7 0 Grad Celsius vom ursprünglichen Blei 3-4 geändert werden Die zweite wird auf 4-5 Sekunden verlängert.

Und wenn die Menge an Kupfer im Lötbad des Wellenlötens oder Sprühzinns um 0 ansteigt.2% nach wt, seine Verflüssigungstemperatur wird um weitere 6°C ansteigen, die den Schaden an den Platten und Teilen erhöhen. Diese Art von Beschädigung ist bei großen und dickflüssigen Platten noch schlimmer, und es führt oft zu einem tragischen Ende der Delamination und des Platzens der Platte. Sobald die große Platine bei 270°C verzinnt wurde, Es wird schwieriger für das anschließende Tauchschweißen durch starke thermische Belastung für 4-7 Sekunden zu quälen sein. In Bezug auf Kosten und Qualität, Ob man eine 2-2 7-C Zinn-Kupfer-Legierung zum Zinnsprühen und Wellenlöten verwendet, lohnt sich in der Tat zweimal nachzudenken.
2. Interface micro-holes
(1) The location of the interface micro-hole
When the solder (So1der) forms a solder joint (So1der Poi nt) on the PCB pad (P ads) base, there is often a lot of occurrence between the solder pad base (referring to copper and nickel) and the main solder of the solder joint. Kleine Löcher. Solche Mikrolöcher mit einem Durchmesser von weniger als 40μm an der Schnittstelle befinden sich in der Tat meist zwischen Kupfer und Zinn, und verflochten und koexistieren mit IMC. Natürlich, IM C kann nicht erzeugt werden, wo die Mikrokavität auftritt, und seine Haftfestigkeit muss knapp sein.

(2) The troubles of interface micro-holes
The micro-holes in the interface are not exactly the same as the holes in the solder joints that are far away from the interface. Aber für die Haftfestigkeit von Lötstellen, eine große Anzahl von Grenzflächenmikrolöchern sind tödlicher. Diese Unterschiede erkennen Sie an den hochwertigen Micro-Slice-Bildschirmen, oder kann eindeutig an den Hochleistungs- und hochauflösenden Röntgeninspektionsgeräten beurteilt werden. Sobald das Problem der Lötstellenfestigkeit auftritt, alle Beweise werden versteckt.
Die in der Schnittstelle gebildeten Hohlräume können groß oder klein sein. Große Schnittstellenlöcher über 40μm haben eine große Zerstörungskraft auf die Festigkeit von Lötstellen.

(3) The main reason for the micro-holes in the interface
Practical solderable treatments on the surface of PCB Zu den Pads gehören: Spraydose, Tauchsilber, Tauchzinn, OSP und ENIG. Die ersten vier basieren alle auf Kupfer als IMC-Basis, Während Nickel-Immersionsgold elektroloses Nickel als Schweißbasis verwendet, um Ni3Sn4 zu bilden. In der Tat, für SMT-Schweißen mit hoher Dichte, Das Zinnsprühverfahren ist oft nicht geeignet. Die anderen vier Oberflächenbehandlungsschichten werden alle die Beteiligung von organischer Materie haben. Wenn sie bei hoher Temperatur in Gas gerissen werden und nicht rechtzeitig entweichen, Natürlich müssen sie an Ort und Stelle bleiben, um Mikrokavitäten zu bilden. In der Tat, Gongqu S n, IA g, OSP und andere Folien und ENIG's Goldschicht, etc., Wirken nur als Schutzfilm für das untere Kupfer und das untere Nickel, damit sie nicht oxidieren und löten, and they are not involved in welding (except IS n). Reaktion. Daher, Es ist bekannt, dass je dünner die Dicke, die weniger organische Substanz, und je kleiner die Wahrscheinlichkeit von Grenzflächenmikrolöchern, aber je dünner der Film die Funktion des Schweißschutzes nicht erreichen kann.
Zusätzlich zur Oberflächenbehandlung selbst, Der Grund für die Mikrolöcher in der Schnittstelle ist schuld. Darüber hinaus, die Flussformel, das Profil der Löttemperatur, Reinigung der Padoberfläche, die Wasseraufnahme der Lotpaste, und das Design des Pads wird alle die Schnittstelle sein. Die Ursache der Mikrokavität. Zur Zeit, um die Montagehöhe zu reduzieren und Kosten zu sparen, some of the original QF P (Quad F1at Package) extension feet Gu11 wing or hook feet J-1 ead, etc., Einige Produkte werden storniert, und die äußere Peripherie des Bauchbodens der Komponente wird direkt über Pad entworfen, the Leiterplatte surface is also corresponding to the additional pad, Verwenden Sie die Lötpaste direkt für das Face-to-Face-Löten, especially called Quad F1at NO-1ead (Q FN). Diese Art der brandneuen Q FN Lötstelle hatte bereits viele Hohlräume in Central Plains, und bleifreies Löten bringt Kraftstoff zum Feuer. Darüber hinaus, Die reine Zinnbeschichtung auf der Schnittseite des ventralen Bodens der Komponente verursacht das Wachstum von Zinnhaaren nebeneinander wird ein weiterer vertrauensvoller Schmerz sein.
Die linke ist die Leere in der BGA Kugelfuß-Lötverbindung; Rechts ist die Lücke in der QFN Voll-Flachlötstelle. Allerdings, wenn die Mitte des größeren quadratischen Pads des Paketkörpers empfangen wird, it is due to the uneven connection of the thermal paste

(4) Hypothesis of interface micro-holes
Since there are too many causes of voids in various solder joints (the ones with lead and lead-free mixtures have more voids), Es ist nicht einfach, die Grenzflächenmikroskope sorgfältig zu unterscheiden. Two main hypotheses are proposed:
1. Die Kupferoberfläche ist kontaminiert, wie Spuren von grüner Farbe.
2. Übermäßige Rauheit oder andere Verschmutzung auf der Kupferoberfläche, oder Anhaftung von Feuchtigkeit, etc.

(5), another Kirkendall Voids
At the moment when the copper base undergoes high-heat welding, wenn die Auflösungsrate seines Kupfers in das flüssige Zinn ungleichmäßig ist, Eine andere Art von Ersatz wird zwischen dem angebauten Cu6Sn5IMC und dem unteren Kupfer gebildet, so dass nahe gelegene Atome sich nicht bewegen können. (Disp1acement) and the formation of micro-holes, K-Löcher genannt. Normalerweise, wenn die geschweißte Platte kontinuierlich hohen Temperatureinflüssen ausgesetzt ist, Diese K-Löcher werden allmählich größer und größer werden, die auch das Problem der unzureichenden Lötstellenfestigkeit verursachen wird. Zur Zeit, Die Forschung an dieser Art von K Loch ist noch nicht populär.
Dies ist bleifreies Löten und Hochtemperaturalterung. Das K-Loch von der Tagesoberfläche des REM kann eindeutig erkennen, dass es zwischen dem unteren Kupfer und dem langen dicken IMC existiert.