PCB新聞 - 電路板無鉛焊接的隱患（3）介面微孔

無鉛焊接的隱患 電路板(3) Interface micro-holes

In 這個 early stage, 作者首先使用了3個主要缺陷，例如焊點空洞, 焊接環浮動, 和鉛錫晶須, 表明無鉛焊接比當前的鉛焊接有更多和更差的質量. 事實上, 還有更多的隱患，使得無鉛焊接的可靠性不可避免地受到影響. 這些各種負面品質的呈現仍在等待行業和供應商爭取及時性，並加緊努力，試圖解决一些痛苦的、一些已知和未知的問題, 否則，上下游與周邊供需之間就會出現缺口., 無休無止的糾紛和麻煩.
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%), 等. Nominal (NO mina 1) weight ratio alloys are the mainstream. 該行業已經進行了大量的多樣化測試, 關於大規模生產可用的溫度時間線和多種故障模式的既定示例和共識, 並獲得了一些實際的信心. 上游和下游幾乎不可能在其他合金焊料上花費更多的精力和時間. 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, 歐洲和美國下游的主要OEM客戶很少同意.
This is the comparison of lead-free SAC and leaded Sn63 (Relow) temperature-time curve (PrOnle)

Among the two mainstream tin, 銀和銅焊料, SAC305占上風. 一個原因是銀的成本降低了1%，自然就更便宜了. 第二，焊點中的長條Ag3S n具有較差的IMC. 减少. 現時的S A C 3 O 5合金配方專利由日本Senju Metals和美國愛荷華州大學共同擁有. 各國的所有焊料供應商必須支付專利費.
至於波峰焊, waVeSolderin g公司, 以及 印刷電路板, 儘管也可以使用SAC305, 為了節省成本, cheaper tin-copper alloys (Sn99.3%（按重量計）, 銅0.7% bywt) can also be used. 但其熔點比SAC305高10℃，達到227℃. 此外, 預計錫浸時間比S n 6 3長得多/P b 37, 囙此，峰值溫度為2.65-2.70攝氏度時的停留時間需要從原來的鉛3-4秒延長到4-5秒.

當波峰焊或噴錫的錫槽中的銅含量新增0.2%（按重量計）, 其液化溫度將再升高6℃, 這會新增板和零件的損壞. 這種損傷對於大型厚板來說更為嚴重, 這往往會導致電路板分層和破裂的悲慘結局. 一旦在270°C溫度下對大白板進行錫噴塗, 隨後的浸焊將更難受到4-7秒强熱應力的折磨. 在成本和質量方面, 是否使用2.27 C錫銅合金進行噴錫和波峰焊確實值得3思.
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 印刷電路板 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. 小孔. 事實上，介面處直徑小於40mm的微孔大多位於銅和錫之間, 與整合行銷傳播交織共存. 自然地, 在微腔出現的地方，不能生成IM C, 而且它的粘合强度肯定不足.

(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. 但對於焊點的粘合强度, 大量的介面微孔更致命. 這些差异可以從高品質的微切片荧幕中識別出來, 或者可以從高功率和高解析度的X射線檢測設備中清楚地判斷. 一旦出現焊點强度問題, 所有證據都將被隱藏.
介面中形成的孔隙可以大也可以小. 超過40mm的大界面孔對焊點的强度有很大的破壞力.

(3) The main reason for the micro-holes in the interface
Practical solderable treatments on the surface of 印刷電路板 襯墊包括：噴錫, 沉銀, 浸鍍錫, OSP和ENIG. 前四種均以銅為IMC基座, 鎳浸金採用化學鍍鎳作為焊接基體，形成Ni3Sn4. 事實上, 用於高密度SMT焊接, 錫噴塗工藝通常不合適. 其他四個表面處理層都將有有機物的參與. 當它們在高溫下裂解成氣體且未能及時逃逸時, 當然，它們必須保持原位才能形成微腔. 事實上, 拱曲S n, IA g, OSP和其他薄膜以及ENIG的金層, 等., 只能作為底部銅和底部鎳的保護膜，這樣它們就不會氧化並耐焊接, and they are not involved in welding (except IS n). 反應. 因此, 眾所周知，厚度越薄, 有機物越少, 介面微孔的幾率越小, 但薄膜越薄，就無法實現焊接保護功能.
除了表面處理層本身, 介面上出現微孔的原因是. 此外, 通量公式, 焊接溫度曲線, 襯墊表面的清潔, 錫膏的吸水性, pad的設計都是介面. 微腔產生的原因. 現時, 為了降低裝配高度和節省成本, some of the original QF P (Quad F1at Package) extension feet Gu11 wing or hook feet J-1 ead, 等., 部分產品將被取消, 組件腹部底部的外周將直接設計在襯墊上方, the 印刷電路板板 surface is also corresponding to the additional pad, 直接使用錫膏進行面對面焊接, especially called Quad F1at NO-1ead (Q FN). 這種全新的Q-FN焊點在中原地區已經有很多空洞, 無鉛焊接會給火添燃料. 此外, 組件腹面底部切割側的純鍍錫層將導致彼此相鄰的錫須生長，這將是另一個知己的痛苦.
左邊是BGA球脚焊點應用中的空隙； 右側是QFN全平面焊點中的空隙. 然而, 如果收到包裹體較大方形墊的中心, 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), 仔細區分介面微孔並不容易. Two main hypotheses are proposed:
1. 銅表面被污染, 如綠色油漆的殘留痕迹.
2. 銅表面過度粗糙或其他污染, 或水分粘附, 等.

(5), another Kirkendall Voids
At the moment when the copper base undergoes high-heat welding, 當其銅在液態錫中的溶解速度不均勻時, 生長的Cu6Sn5IMC和底部銅之間將形成另一種替代物, 使附近的原子不能移動. (Disp1acement) and the formation of micro-holes, 稱為K孔. 通常當焊接板連續受到高溫衝擊時, 這些K孔將逐漸變大, 這也會帶來焊點强度不足的問題. 現時, 關於這種K孔的研究還不多見.
這是無鉛焊接和高溫老化. 從掃描電鏡的日表面觀察到的K孔可以清楚地確定它存在於底部銅和長厚IMC之間