表面安裝式麥克風,也稱為MEMS(Microelectro-Mechanical System)麥克風,是基於MEMS科技製造的麥克風,主要由聲壓感測器晶片、ASIC晶片、聲腔和RF抑制電路組成。 近年來,表面貼裝MIC已廣泛應用於各種品牌的中高端手機,因為它們可以使用表面貼裝科技進行組裝,並且具有很强的穩定性。 表面安裝MIC的可焊接端是位於PCB基板背面的焊盤。
表面安裝MIC通常位於PCB的邊緣,不能像手機上的BGA設備那樣填充不足。 囙此,保證表面安裝麥克風不脫落主要是為了保證焊點的强度。 總結這些表面安裝麥克風的smt加工案例,發現所有MIC脫落都是由焊點介面開裂引起的,而開裂的原因與MIC的可焊端和PCB的表面處理有很大關係。
現時,市場上表面安裝MIC的可焊端均為鍍金,包括普通鎳金(ENIG)處理、鎳鈀金(ENEPIG)、鎳金電鍍等表面處理工藝。 然而,PCB基板大多採用ENIG、OSP或選擇性ENIG處理方法。 熟悉ENIG表面處理的讀者會立刻想到鎳腐蝕的問題。 是的,在ENIG焊點開裂中,鎳腐蝕是導致焊點開裂的常見因素,在表面安裝MIC焊點中也不例外。 但今天我們就不談鎳的腐蝕問題,談談另一個容易被忽視的問題——AuSn合金的面積積累。
表面安裝MIC設備脫落的情况
一款手機產品在滾筒測試後發現麥克風脫落。 本產品MIC器件的可焊端採用電鎳金工藝,PCB採用ENIG工藝(OSP+ENIG)。 焊料和PCB焊盤之間會出現焊點開裂。 在焊點的分離表面上可以觀察到分散在焊料中的大量AuSn合金。 從焊點的橫截面可以看出,在介面的上側和下側形成的IMC中有更多的AuSn合金。 不同之處在於,器件側的AuSn合金更靠近IMC位置處的焊料,而PCB側的Au錫合金更靠近鎳層。 PCB焊盤是OSP處理過的焊點,焊料中幾乎看不到AuSn合金,PCB側的IMC是均勻連續的Cu6Sn5合金,器件側仍然是SnNi合金,但此時沒有看到明顯的AuSn。 合金是存在的。
這表明,當MIC的可焊接端和PCB焊盤都鍍金時,Au在焊料中的擴散被抑制,導致AuSn合金在邊界區域中積聚。 然而,具有邊界區域的AuSn合金會新增焊點的脆性,降低焊點的介面强度。 這家手機製造商後來更換了PCB製造商,並將PCB的ENIG焊盤的金厚度减少了20納米。 滾筒測試結果表明,MIC跌落的失敗率從20%降低到3%,焊點强度顯著提高,但失敗率仍然是手機產品無法接受的。
結束語
現時,市場上表面貼裝MIC器件的可焊端都是鍍金的。 囙此,如果用ENIG或ENEPIG處理PCB,它將遇到AuSn合金邊界積累的問題。 雖然减少PCB的Au厚度可以顯著提高焊點的强度,但過多的Au减薄會帶來鎳層容易氧化和焊接不良的問題。囙此,减少Au厚度並不能從根本上解决這個問題。