PCBニュース - 回路基板上の鉛フリーはんだ付けの隠れた心配（3）界面マイクロ孔

鉛フリーはんだ付けの隠れた心配 回路基板(3) Interface micro-holes

In the early stage, 著者らははんだ接合のような3つの主要な欠陥を使用した, 半田リング, 錫ウィスカー, 鉛フリーはんだ付けは電流リードはんだ付けよりも品質が悪いということを示す. 事実上, 鉛フリーはんだの信頼性を必然的に妥協するより多くの隠れた心配がある. これらの様々なネガティブな資質の提示は、業界やサプライヤーがタイムリーのために戦うことを待っているし、いくつかの痛みといくつかの既知の未知の問題を解決しようとする彼らの努力を強化する, さもなければ、上流と下流と周囲の供給と需要の間にギャップがあります., 無限の論争と無限のトラブルを引き起こす.
1. Formation of mainstream solder
Lead-free solders have been finalized as SAC30( 5 ) (S n 9 6.5 %, エーG 3.0 %, C 0 0.5 %) or SAC405 (S n 9 5.5%, エーG 4.0 %, C 0 0.5%), etc. Nominal (NO mina 1) weight ratio alloys are the mainstream. その業界は多数の試験を行った, 大量生産のために利用可能な温度スケジュールと複数の故障モードに関する確立された例とコンセンサス, そして、実際的な自信を得た. 上流と下流では他の合金はんだに多くのエネルギーと時間を費やすことはほとんど不可能です. Japanese companies often use low melting point "tin-zinc-bismuth" alloys (S n 89%, z n 8.0 %, b 3 i.0%), or other antimony (S b), handcuffs (G e) or nickel (N i) Various solders; in fact, ヨーロッパとアメリカの下部の主要なOEM顧客はめったに同意しない.
This is the comparison of lead-free SAC and leaded Sn63 (Relow) temperature-time curve (PrOnle)

Among the two mainstream tin, 銀及び銅のはんだ, SAC 305は上手. つの理由は、1 %以下の銀のコストは、当然安いです. 第2は、はんだ接合部の長いストリップAg 3 S. 削減. 現在のS A C 3 O 5合金式特許は、日本の千住金属と米国のアイオワ大学によって共同所有されています. 様々な国のすべてのはんだ供給者は、特許料を支払わなければなりません.
ウエーブはんだ付け, ウェーブソーリン, のスプレースズプロセス PCB, SAC 305も使えますが, 費用節減のために, cheaper tin-copper alloys (Sn99.wt %で3 %, 銅0.7% bywt) can also be used. しかし，融点は，sac305より10℃°cで，227℃°に達する. さらに, すずディップ時間は、s n 6/P 37, したがって、ピーク温度の2 - 6 - 2 - 7℃の滞留時間は、元のリード3から4.

そして、はんだ付けまたはスプレースズのはんだ浴中の銅の量が0で増加するとき.wt %で2 %, その液化温度は、他の6, これは、プレートや部品へのダメージを増加させる. この種のダメージは、大規模で厚い厚板でもさらに悪い, そして、それはしばしば剥離とボードの破裂に悲劇的な終わり. 一旦、大きなブランク基板が、270°C°Cでスズスプレーされた, その後のディップ溶接は、4〜7秒の間、強い熱応力によって拷問されるのがより難しくなる. 費用と品質に関して, スズスプレーとウェーブはんだ付け用の2.
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. 小さい穴. このような界面において直径40〜40 m／m未満の微細孔は、実際には銅と錫の間にある, インターレースされ、IMCと共存する. 自然に, マイクロキャビティが発生する場所では、IM Cは生成できない, そして、その接合強度が不足している必要があります.

(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. はんだ接合の接合強度, 多数の界面マイクロ孔はより致命的である. これらの差異は高品質のマイクロスライススクリーンから認識できる, または高出力高分解能X線検査装置から明確に判断できる. はんだ接合強度問題が発生すると, すべての証拠は隠される.
インターフェースに形成されたボイドは、大きくても小さくてもよい. 40 mm×1万m以上の大きなインターフェースホールは、はんだ接合の強度に大きな破壊力を有する.

(3) The main reason for the micro-holes in the interface
Practical solderable treatments on the surface of PCB パッドは以下を含みます：スプレー缶, シルバーイマージョン, 浸漬錫, OSPとENIG. 最初の4つはすべてIMCベースとして銅に基づいています, ニッケル浸漬金はNi 3 Sn 4を形成するために溶接ベースとして無電解ニッケルを使用するが. 事実上, 高密度SMT溶接用, ブリキのスプレープロセスはしばしば適切ではない. 他の4つの表面処理層はすべて有機物の関与を有する. 彼らが高温でガスにひびが入って、時間に逃げることができないとき, もちろん、彼らはマイクロキャビティを形成する場所にとどまらなければならない. 事実上, ゴンゴンS, エーG, OSPと他の映画とENIGの金層, etc., それらが酸化して、はんだ付けに抵抗しないように、底の銅および底のニッケルのための保護フィルムとして機能するだけである, and they are not involved in welding (except IS n). 反応. したがって, 厚さが薄くなることが知られている, 有機物が少ない, そして、より小さな界面マイクロ穴のチャンス, しかし、薄膜は溶接保護の機能を達成できない.
表面処理層自体に加えて, 界面における微細孔の理由は、責務である. 加えて, フラックス式, はんだ付け温度プロファイル, パッド表面の洗浄, はんだペーストの吸水性, そして、パッドのデザインはすべてインターフェイスです. 微小共振器の原因. 現在, 組立高を低減しコストを節約するために, some of the original QF P (Quad F1at Package) extension feet Gu11 wing or hook feet J-1 ead, etc., いくつかの製品はキャンセルされます, そして、コンポーネントの腹部底の外周縁は、パッド50の上で直接設計される, the PCBボード surface is also corresponding to the additional pad, 直接はんだ付け用はんだペーストを直接使用する, especially called Quad F1at NO-1ead (Q FN). この種の真新しいQ FNはんだ接合部は、中央平野で既に多くのボイドを持ちました, 鉛フリーはんだ付けは燃料に火をつける. 加えて, コンポーネントの腹底のカット側の純粋な錫めっき層は、互いに隣接している錫ホイスカの成長を引き起こすでしょう.
左は、BGAボール足はんだ接合アプリケーションのボイドですQFNフルフラットはんだ接合部におけるボイド. しかし, パッケージ本体のより大きい正方形のパッドの中心が受信されるならば, 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), 界面マイクロボイドを慎重に区別することは容易ではない. Two main hypotheses are proposed:
1. 銅表面が汚染されている, 緑色塗料の痕跡残留物.
2. 銅表面の過度の粗さまたは他の汚染, または湿気の付着, etc.

(5), another Kirkendall Voids
At the moment when the copper base undergoes high-heat welding, 液体錫中への銅の溶解速度が不均一である場合, 成長したCu 6 Sn 5 IMCと下部銅との間に別の種類の代替が形成される, だから近くの原子は. (Disp1acement) and the formation of micro-holes, Kホールという. 通常、溶接板が連続的に高温衝撃を受ける場合, これらのkホールは次第に大きくなり大きくなる, また、はんだ接合強度が不十分になるという問題も生じる. 現在, この種のKホールに関する研究はまだ一般的ではない.
これは、鉛フリーはんだ付けと高温エイジングです. SEMの日表面から見たKホールは、底部銅と長い厚さのIMCの間に存在することを明確に識別することができる