Leiterplattentechnisch - Oberflächenbehandlung von PCB-Pads für oberflächenmontierte MIC-Leiterplattensubstrate

Oberflächenmontiermikrofone, auch bekannt als MEMS (Microelectro Mechanical System) Mikrofone, sind Mikrofone, die auf MEMS-Technologie hergestellt werden, hauptsächlich bestehend aus Schalldrucksensorchips, ASIC-Chips, Schallhohlraum und HF-Unterdrückungsschaltungen. Surface Mount MICs sind in den letzten Jahren weit verbreitet in Mid-bis-High-End-Mobiltelefonen verschiedener Marken verwendet worden, da sie mit Oberflächenmontage-Technologie montiert werden können und eine starke Stabilität haben. Das lötbare Ende des MIC für die Oberflächenmontage ist das Pad auf der Rückseite des PCB-Substrats.

Die oberflächenmontierte MIC befindet sich in der Regel am Rand der Leiterplatte und kann nicht wie die BGA-Geräte am Mobiltelefon unterbefüllt werden. Um sicherzustellen, dass das oberflächenmontierte Mikrofon nicht abfällt, muss daher hauptsächlich die Festigkeit der Lötstellen sichergestellt werden. Zusammenfassend die SMT-Verarbeitungsfälle dieser Oberflächenmontage-Mikrofone, wird festgestellt, dass alle MIC, die abfallen, durch Risse der Lötstellenschnittstelle verursacht wird, und die Ursache des Risses hängt stark mit dem lötbaren Ende des MIC und der Oberflächenbehandlung der Leiterplatte zusammen.

Derzeit sind die lötbaren Enden der Oberflächenmontage MIC auf dem Markt alle vergoldet, einschließlich der üblichen Nickel-Gold (ENIG)-Behandlung, Nickel-Palladium-Gold (ENEPIG), Nickel-Gold-Galvanik und andere Oberflächenbehandlungsverfahren. PCB-Substrat nimmt jedoch meist ENIG-, OSP- oder selektive ENIG-Verarbeitungsmethoden an. Leser, die mit der ENIG Oberflächenbehandlung vertraut sind, werden sofort an das Problem der Nickelkorrosion denken. Ja, in ENIG Lötstellenknacken ist Nickelkorrosion ein gemeinsamer Faktor, der zu Lötstellenknacken führt, und es ist keine Ausnahme in Oberflächenmontage MIC Lötstellen. Aber heute werden wir nicht über das Problem der Nickelkorrosion sprechen und über ein anderes Problem sprechen, das leicht übersehen werden kann – die Bereichsansammlung der AuSn-Legierung.

Das Gehäuse der Oberflächenmontage MIC Gerät fällt ab

Bei einem Mobiltelefonprodukt fiel das MIC nach einem Rollentest ab. Das lötbare Ende des MIC-Geräts dieses Produkts nimmt die Elektronickel-Goldverarbeitung an, während die Leiterplatte ENIG-Verarbeitung (OSP+ENIG) annimmt. Lötverbindungen treten zwischen dem Lot und dem PCB-Pad auf. Eine große Menge an AuSn-Legierung, die im Lot verstreut ist, kann auf der Trennfläche der Lötstelle beobachtet werden. Aus dem Querschnitt der Lötstelle ist ersichtlich, dass sich im IMC an der Ober- und Unterseite der Schnittstelle weitere AuSn-Legierungen befinden. Der Unterschied besteht darin, dass die AuSn-Legierung auf der Geräteseite näher am Lot an der IMC-Position ist, während die AuSn-Legierung auf der PCB-Seite näher an der Nickelschicht ist. Das PCB-Pad ist OSP-behandelte Lötstellen, AuSn-Legierung ist im Lot fast unsichtbar, das IMC auf der PCB-Seite ist eine einheitliche und kontinuierliche Cu6Sn5-Legierung, und die Geräteseite ist immer noch SnNi-Legierung, aber zu diesem Zeitpunkt ist kein offensichtliches AuSn zu sehen. Die Legierung existiert.

Dies zeigt, dass, wenn das lötbare Ende des MIC und des PCB-Pads beide vergoldet sind, die Diffusion von Au im Lot unterdrückt wird, was zur Akkumulation von AuSn-Legierung im Grenzbereich führt. Die AuSn-Legierung mit der Grenzfläche erhöht jedoch die Sprödigkeit der Lötstelle und verringert die Grenzflächenfestigkeit der Lötstelle. Der Handyhersteller wechselte später den Leiterplattenhersteller und reduzierte die Goldstärke des ENIG-Pads der Leiterplatte um 20nm. Die Ergebnisse des Walzentests zeigten, dass die Ausfallrate des MIC-Tropfens von 20% auf 3% reduziert wurde und die Lötstellenfestigkeit signifikant verbessert wurde, aber die Ausfallrate war für Mobiltelefonprodukte immer noch inakzeptabel.

Schlussbemerkungen

Derzeit sind die lötbaren Enden der auf dem Markt erhältlichen MIC-Geräte alle vergoldet. Wenn die Leiterplatte daher mit ENIG oder ENEPIG behandelt wird, wird sie auf das Problem der Akkumulation von AuSn-Legierungsgrenzen stoßen. Obwohl die Verringerung der Au-Dicke der Leiterplatte die Festigkeit der Lötstellen erheblich verbessern kann, führt zu viel Au-Dickenreduktion zu dem Problem der einfachen Oxidation der Nickelschicht und schlechtem Löten. Daher kann die Verringerung der Au-Dicke das Problem nicht grundlegend lösen.