Công nghệ PCB - Xử lý bề mặt PCB Pad cho bề mặt gắn MIC PCB Substrate

Micro gắn trên bề mặt, còn được gọi là micro MEMS (Microelectro-Mechanical System), là micro được sản xuất dựa trên công nghệ MEMS và chủ yếu bao gồm chip cảm biến áp suất âm thanh, chip ASIC, khoang âm thanh và mạch ức chế RF. Trong những năm gần đây, Surface Mount MIC đã được sử dụng rộng rãi trong các thương hiệu điện thoại tầm trung và cao cấp khác nhau vì chúng có thể được lắp ráp bằng công nghệ Surface Mount và có độ ổn định cao. Đầu hàn của MIC gắn trên bề mặt là một miếng đệm nằm ở mặt sau của chất nền PCB.

MIC gắn trên bề mặt thường nằm ở rìa của PCB và không thể được lấp đầy đầy đủ như các thiết bị BGA trên điện thoại. Do đó, đảm bảo micro gắn trên bề mặt không rơi ra chủ yếu là để đảm bảo sức mạnh của các mối hàn. Tóm tắt các trường hợp gia công smt cho các micrô gắn trên bề mặt này, người ta thấy rằng tất cả các MIC rơi ra là do nứt giao diện điểm hàn, và nguyên nhân gây nứt có liên quan nhiều đến các đầu hàn của MIC và xử lý bề mặt của PCB.

Hiện tại, tất cả các đầu hàn của MIC gắn trên bề mặt trên thị trường đều được mạ vàng, bao gồm các quy trình xử lý bề mặt như xử lý niken-vàng thông thường (ENIG), niken-palladium vàng (ENEPIG), mạ vàng niken, v.v. Tuy nhiên, hầu hết các bo mạch chủ PCB sử dụng ENIG, OSP hoặc phương pháp xử lý ENIG chọn lọc. Độc giả quen thuộc với việc xử lý bề mặt ENIG sẽ ngay lập tức nghĩ đến vấn đề ăn mòn niken. Có, ăn mòn niken là một yếu tố phổ biến gây nứt trong các mối hàn ENIG, và nó không phải là ngoại lệ trong các mối hàn MIC gắn trên bề mặt. Nhưng hôm nay chúng ta sẽ không nói về sự ăn mòn của niken, chúng ta sẽ nói về một vấn đề khác dễ bị bỏ qua - sự tích tụ diện tích của hợp kim AuSn.

Trường hợp thiết bị MIC gắn trên bề mặt rơi ra

Một sản phẩm điện thoại di động đã phát hiện ra micrô rơi ra sau khi thử nghiệm trống. Quá trình điện-niken-vàng được sử dụng cho các đầu hàn của thiết bị MIC của sản phẩm này và quá trình ENIG (OSP+ENIG) được sử dụng cho PCB. Mối hàn nứt sẽ xảy ra giữa hàn và PCB pad. Một lượng lớn hợp kim AuSn phân tán trong hàn có thể được quan sát trên bề mặt tách của các điểm hàn. Có nhiều hợp kim AuSn hơn trong IMC được hình thành ở phía trên và phía dưới của giao diện, như bạn có thể thấy từ mặt cắt ngang của các mối hàn. Sự khác biệt là hợp kim AuSn ở phía thiết bị gần với hàn ở vị trí IMC hơn, trong khi hợp kim Au-Tin ở phía PCB gần hơn với lớp niken. Các miếng đệm PCB là các điểm hàn được xử lý OSP, hợp kim AuSn hầu như không được nhìn thấy trong hàn, IMC ở phía PCB là hợp kim Cu6Sn5 đồng đều và liên tục, mặt thiết bị vẫn là hợp kim SnNi, nhưng AuSn đáng chú ý không được nhìn thấy tại thời điểm này. Hợp kim tồn tại.

Điều này cho thấy sự khuếch tán Au trong hàn bị ức chế khi cả hai đầu hàn của MIC và miếng đệm PCB đều được mạ vàng, dẫn đến sự tích tụ của hợp kim AuSn trong khu vực ranh giới. Tuy nhiên, hợp kim AuSn với khu vực ranh giới làm tăng độ giòn của mối hàn và giảm sức mạnh giao diện của mối hàn. Nhà sản xuất điện thoại di động sau đó đã thay đổi nhà sản xuất PCB và giảm độ dày vàng của ENIG pad cho PCB xuống 20 nanomet. Kết quả thử nghiệm trống cho thấy tỷ lệ thất bại của MIC giảm từ 20% xuống còn 3%, sức mạnh của các mối hàn được cải thiện đáng kể, nhưng tỷ lệ thất bại vẫn không thể chấp nhận được đối với các sản phẩm điện thoại di động.

Kết thúc

Hiện nay, trên thị trường, các đầu hàn của các thiết bị MIC gắn trên bề mặt đều được mạ vàng. Vì vậy, nếu PCB được xử lý với ENIG hoặc ENEPIG, nó sẽ gặp phải vấn đề tích lũy ranh giới hợp kim AuSn. Mặc dù việc giảm độ dày Au của PCB có thể cải thiện đáng kể sức mạnh của các mối hàn, nhưng việc giảm Au quá nhiều có thể gây ra vấn đề rằng lớp niken dễ bị oxy hóa và hàn kém. Do đó, việc giảm độ dày Au không giải quyết được vấn đề này về cơ bản.