Новости PCB - (3) стыковое микроотверстие

The hidden worries of lead-free soldering on circuit boards(3) Interface micro-holes

In the early stage, Автор сначала воспользовался тремя основными недостатками, такими как пустота в сварной точке, solder ring floating, свинцово - оловянный борода, показать, что бессвинцовая сварка имеет больше и меньше качества, чем текущая сварка свинца. На самом деле, Существуют и другие факторы риска, которые неизбежно влияют на надежность сварки без свинца. появление этих негативных качеств все еще ожидает, что отрасли и поставщики будут стремиться к своевременности и активизировать усилия по решению некоторых болезненных, известных и неизвестных проблем, В противном случае возникнет разрыв между спросом и предложением в верхнем и нижнем течении., Causing endless disputes and endless troubles.
1. Formation of mainstream solder
Lead-free solders have been finalized as SAC30(5) (S n 9 6.5%, A g 3.0%, CU0.5%) or SAC405 (S n 9 5.5%, G4.0%, C u 0.5%), сорт. Nominal (NO mina 1) weight ratio alloys are the mainstream. В этой отрасли было проведено большое число испытаний на диверсификацию, established examples and consensus on temperature timelines and multiple failure modes available for mass production, и обрела некоторую практическую уверенность. It is almost impossible for upstream and downstream to spend more energy and time on other alloy solders. 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, основные клиенты ОЭСР в Европе и нижнем течении реки США редко соглашаются.
This is the comparison of lead-free SAC and leaded Sn63 (Relow) temperature-time curve (PrOnle)

Among the two mainstream tin, серебряный и медный припой, SAC305 has the upper hand. причина в том, что снижение на 1% стоимости серебра естественно дешевле. The second is that the long strip Ag3S n in the solder joint has poor IMC. уменьшение. The current S A C 3 O 5 alloy formula patent is jointly owned by Senju Metals of Japan and the University of Iowa in the United States. Все поставщики припоя в разных странах должны платить роялти.
As for wave soldering, WAVeSolderin g, and the spray tin process of печатная плата, Хотя SAC305 также может использоваться, for the sake of cost savings, cheaper tin-copper alloys (Sn99.3% by wt, медь.7% bywt) can also be used. Однако температура плавления на 10°C выше, чем у SAC305, и составляет 227°C. Furthermore, предполагаемое время выщелачивания олова значительно больше, чем SN 6 3/P b 37, Таким образом, время пребывания при пиковой температуре 2,65 - 2,70°C необходимо увеличить с 3 - 4 до 4 - 5 секунд с исходного свинца.

содержание меди в бункерах олова при сварке на вершине волны или заливке олова увеличивается на 0.2% (по весу), its liquefaction temperature will rise by another 6°C, это увеличивает повреждение листов и деталей. This kind of damage is even worse for large-scale and thick-thick boards, это часто приводит к расслоению платы и срыву трагических финалов. Once the large blank board has been tin sprayed at 270°C, последующее погружение будет еще более болезненным до 4 - 7 сек.. с точки зрения стоимости и качества, whether to use 2 2 7 C tin-copper alloy for tin spraying and wave soldering is indeed worth thinking twice.
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 печатная плата 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. пора. Such micro-holes with a diameter of less than 40μm at the interface are in fact mostly between copper and tin, сосуществование с IMC. Naturally, Невозможно создать IM C в микрополости, and its bonding strength must be in short supply.

(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. Но прочность на сцепление точек, a large number of interface micro-holes are more lethal. эти различия можно отличить от высококачественных микроснимков экрана, or can be clearly judged from the high-power and high-resolution X-ray inspection equipment. при возникновении проблемы прочности точки сварки, all evidence will be hidden.
образовавшаяся на поверхности раздела пустота может быть большой и малый. Large interface holes over 40μm have a great destructive force on the strength of solder joints.

(3) The main reason for the micro-holes in the interface
Practical solderable treatments on the surface of печатная плата pads include: spray tin, серебро, лужение, OSP and ENIG. первые четыре вида меди служат базой IMC, while nickel immersion gold uses electroless nickel as the welding base to form Ni3Sn4. In fact, for high-density SMT welding, технология распыления олова обычно не подходит. в четырех других поверхностных очистных сооружениях будут участвовать органические вещества. When they are cracked into gas at high temperature and fail to escape in time, Конечно, они должны оставаться на своих местах, чтобы сформировать микрополость. In fact, арка S n, IA g, OSP и другие плёнки, а также золотой слой ENIG, сорт., only act as a protective film for the bottom copper and bottom nickel so that they will not oxidize and resist soldering, and they are not involved in welding (except IS n). reaction. поэтому, it is known that the thinner the thickness, Чем меньше органического вещества, and the smaller the chance of interface micro-holes, Но чем тоньше пленка, тем невозможна защита сварки.
Кроме того to the surface treatment layer itself, на границе виноваты. In addition, формула потока, кривая температуры сварки, the cleaning of the pad surface, гигроскопичность пасты, А дизайн pad будет интерфейсом. микрорезонаторная причина. сейчас, in order to reduce the assembly height and save costs, some of the original QF P (Quad F1at Package) extension feet Gu11 wing or hook feet J-1 ead, сорт., some products will be cancelled, внешняя неделя нижней части брюшной части блока будет спроектирована непосредственно над прокладкой, the панель печатная плата surface is also corresponding to the additional pad, directly use the solder paste for face-to-face soldering, especially called Quad F1at NO-1ead (Q FN). Эта совершенно новая точка сварки QFN имеет много пустот, бессвинцовая сварка. In addition, the pure tin plating layer on the cut side of the component's ventral bottom will cause the growth of tin whiskers adjacent to each other will be another confidant pain.
слева - пробел в использовании шаровой сварной точки BGA; правая сторона - пустота в плоской сварной точке QFN. However, если вы получите пакет с более широкой квадратной прокладкой, 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), при тщательном разделении. Two main hypotheses are proposed:
1. поверхность меди загрязнена., such as trace residues of green paint.
2. Excessive roughness or other pollution on the copper surface, адгезия влаги, etc.

(5), another Kirkendall Voids
At the moment when the copper base undergoes high-heat welding, при неравномерной скорости растворения меди в оловянной жидкости, при выращивании Cu6Sn5IMC образуется другая альтернатива, так близко атом не может двигаться. (Disp1acement) and the formation of micro-holes, K - дыра. обычно, когда сварочная плита непрерывно подвергается воздействию высоких температур, Эти K - отверстия будут расти, which will also bring about the trouble of insufficient solder joint strength. сейчас, the research on this kind of K hole is not popular yet.
Это сварка без свинца и старение при высокой температуре. The K hole seen from the day surface of the SEM can clearly identify that it exists between the bottom copper and the long thick IMC