焊點(diǎn)內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)對(duì)可靠性的影響
內(nèi)部焊點(diǎn)的微觀結(jié)構(gòu)和焊料與PCB基礎(chǔ)之間的界面處的IMC（金屬間化合物）結(jié)構(gòu)決定了焊點(diǎn)的機(jī)械性能。焊接技術(shù)和固相的隨后時(shí)效以及熱循環(huán)進(jìn)一步確定了原始的微觀結(jié)構(gòu)及其演變。期望在界面處產(chǎn)生最佳的IMC，以實(shí)現(xiàn)潤(rùn)濕和冶金互連，從而可以實(shí)現(xiàn)令人滿意的焊點(diǎn)強(qiáng)度和可靠性。焊點(diǎn)的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)證明了材料的微觀特性，可用的顯微鏡和技術(shù)可以用來(lái)獲取信息。?鉛焊點(diǎn)
當(dāng)談到SnPb時(shí)，其微觀結(jié)構(gòu)由富Sn相和富Pb相組成。
?無(wú)鉛焊點(diǎn)
在SAC合金中，錫與銀和銅的次要元素之間的冶金反應(yīng)是決定其應(yīng)用溫度，固化機(jī)理和機(jī)械性能的主要元素。根據(jù)二元相圖，以上三種類型的元素之間可以使用三種類型的二元共晶反應(yīng)：
a) Ag和Sn之間的反應(yīng)在221°C的溫度下發(fā)生，并在Sn基相和εIMC（Ag3Sn）相形成共晶結(jié)構(gòu)。
b) Cu和Sn之間的反應(yīng)在227℃的溫度下發(fā)生，在Sn基相上形成共晶結(jié)構(gòu)，并形成ηIMC（Cu6Sn5）相。
C）Ag和Cu之間的反應(yīng)也發(fā)生在779℃的溫度下，由富Ag的α相和富Cu的α相形成的低共熔合金。
材料成分決定了進(jìn)一步確定失效模式的微觀結(jié)構(gòu)。在產(chǎn)品應(yīng)用過(guò)程中，微觀結(jié)構(gòu)會(huì)促進(jìn)微小沉淀物的產(chǎn)生。顆粒分散，均勻分布和造粒有利于提高抗疲勞性。但是，當(dāng)aci-form和脆性階段和過(guò)多的空洞發(fā)生并且應(yīng)力集中時(shí)，疲勞壽命將減少。通過(guò)微觀結(jié)構(gòu)控制在較小范圍內(nèi)均勻分布塑性變形改進(jìn)是增加疲勞強(qiáng)度的有效措施。
焊點(diǎn)界面IMC微觀結(jié)構(gòu)對(duì)可靠性的影響
?接口IMC的微觀結(jié)構(gòu)
a) 外形圖η-Cu6Sn5層具有三種形狀和圖形：
1）粗糙的細(xì)胞層。它的特征是包含樹(shù)枝狀晶體的截面積，在樹(shù)枝狀晶體之間具有如此大的空間，從而實(shí)現(xiàn)了與焊料的粗糙接觸，這不是緊湊的結(jié)構(gòu)。
2）扇形界面上的緊湊層。與樹(shù)突晶體顆粒相似，該層的形狀相似，但化合物緊密。與焊料接觸的界面呈扇形。
3）平面界面上的緊湊層。隨著Pb含量，溫度和反應(yīng)時(shí)間的增加，η層的形狀和形狀開(kāi)始從粗糙的蜂窩層轉(zhuǎn)變?yōu)樯刃谓缑嫔系闹旅軐印?/span>
b）影響因素
1）冷卻速率將導(dǎo)致生成平坦的η相層，而低冷卻速率將導(dǎo)致生成小腫瘤的η相層。
2）短的回流焊接時(shí)間導(dǎo)致平坦的η相層，而長(zhǎng)的回流焊接時(shí)間導(dǎo)致小腫瘤或扇形η相層。
C）剝離
隨著回流焊接時(shí)間或回流焊接時(shí)間的增加，最初在焊盤(pán)和液體焊料之間生成的IMC有時(shí)會(huì)與界面分離。這種現(xiàn)象通常與鎳有關(guān)。例如，它傾向于更多地發(fā)生在ENIG的Ni鍍層上。
1）IMC在ENIG Ni鍍層的界面處以不同的磷含量進(jìn)行剝離。剝落取決于磷含量的提高和回流焊接時(shí)間的延長(zhǎng)。
2）在一些無(wú)鉛焊料（Sn3.5Ag，Sn3.5Ag3.0Bi和SAC387）和某些類型的鍍層基底[Cu，Ni（P）/ Au和Ni（P）Pd / Au]之后經(jīng)過(guò)回流焊接20分鐘在低于250°C的溫度下，界面IMC和大多數(shù)由前兩種類型的焊料形成的IMC層將偏離界面或從界面上剝離，而僅在界面上留下薄的IMC。當(dāng)談到基于[Ni（P）/ Au和Ni（P）/ Pd / Au]的SAC387時(shí)，（Cu，Ni）6Sn5的IMC可以很好地與接口連接。就鍍鎳基底而言，三種類型的無(wú)鉛焊料可以與Ni3Su4 IMC很好地連接。
d）Au對(duì)SAC焊料與Cu基之間IMC的影響
由Cu和SAC焊料形成的IMC表現(xiàn)為卵石。 將0.1％至5wt％的Au添加到SAC387中后，在204.5°C的溫度下生成的共晶相包含4種復(fù)合材料（AuSn4，Au3Sn，β-Sn和Cu6Sn5）。 隨著生成Au-Cu-Sn三元金屬化合物，焊料中的大多數(shù)Au將流出并向界面移動(dòng)。 在界面反應(yīng)中，Au的參與將從普通的扇貝形轉(zhuǎn)變?yōu)橛桑ˋu，Cu）6Sn5晶體顆粒和具有良好分布的島狀β-Sn組成的化合物類型。
