PCB技術 - 表面実装MIC PCB基板用PCBパッドの表面処理

表面実装式マイクロフォン、MEMS（Microelectro-Mechanical System）マイクロフォンとも呼ばれ、MEMS技術に基づいて製造されたマイクロフォンであり、主に音圧センサチップ、ASICチップ、音響キャビティ、RF抑制回路から構成される。近年、表面実装MICは、表面実装技術を用いて組み立てることができ、安定性が高いため、さまざまなブランドのミドル・ハイエンド携帯電話に広く使用されている。表面実装MICの溶接可能端はPCB基板の裏面に位置するパッドである。

表面実装MICは通常PCBの端に位置し、携帯電話のBGAデバイスのように不足を充填することはできません。そのため、表面実装マイクが脱落しないようにするのは、主に溶接点の強度を保証するためである。これらの表面実装マイクのsmt加工例をまとめると、すべてのMIC脱落は溶接点界面の亀裂によるものであり、亀裂の原因はMICの溶接可能端とPCBの表面処理と大きな関係があることが分かった。

現在、市場の上面実装MICの溶接可能端はすべて金めっきであり、通常のニッケル金（ENIG）処理、ニッケルパラジウム（ENEPING）、ニッケル金めっきなどの表面処理技術を含む。しかし、PCB基板はENIG、OSP、または選択的ENIG処理方法を用いることが多い。ENIG表面処理に詳しい読者はすぐにニッケル腐食の問題を思い浮かべるだろう。はい、ENIG溶接点の亀裂において、ニッケル腐食は溶接点の亀裂を引き起こす一般的な要素であり、表面実装MIC溶接点においても例外ではありません。しかし今日はニッケルの腐食問題ではなく、もう一つの無視されやすい問題、AuSn合金の面積蓄積についてお話しします。

表面実装MIC機器が脱落した場合

ドラムテスト後にマイクが脱落した携帯電話製品。本製品のMICデバイスの溶接可能端は電気ニッケル金プロセスを採用し、PCBはENIGプロセス（OSP+ENIG）を採用する。半田とPCBパッドの間に半田が割れます。半田中に分散したAuSn合金の多量が半田点の分離表面に観察された。溶接点の断面から、界面の上側と下側に形成されたIMCにはAuSn合金がより多く存在することがわかる。異なる点は、デバイス側のAuSn合金はIMC位置の半田に近く、PCB側のAu錫合金はニッケル層に近いことである。PCBパッドはOSP処理された溶接点であり、はんだ中にAuSn合金はほとんど見られず、PCB側のIMCは均一に連続したCu 6 Sn 5合金であり、デバイス側は依然としてSnNi合金であるが、この時は明らかなAuSnは見られなかった。合金は存在する。

これは、MICの溶接可能端部とPCBパッドが共にメッキされると、はんだ中のAuの拡散が抑制され、境界領域にAuSn合金が蓄積することを示している。しかし、境界領域を有するAuSn合金は溶接点の脆性を高め、溶接点の界面強度を低下させる。この携帯電話メーカーは後にPCBメーカーを交換し、PCBのENIGパッドの金厚を20ナノメートル減らした。ドラム試験の結果、MIC落下の失敗率は20%から3%に低下し、溶接点強度は著しく向上したが、失敗率は携帯電話製品では受け入れられなかった。

おわりに

現在、市場における表面実装MICデバイスの溶接可能端はすべて金メッキされている。そのため、ENIGまたはENEPINGでPCBを処理すると、AuSn合金の境界蓄積の問題に遭遇することになります。PCBのAu厚さを減少させることは溶接点の強度を著しく向上させることができるが、Auの過剰な薄肉化はニッケル層の酸化しやすさと溶接不良の問題をもたらす。そのため、Au厚さを減少させることはこの問題を根本的に解決することはできない。