錫膏應用之沉銀板焊接可靠性-深圳福英達
錫膏應用之沉銀板焊接可靠性-深圳福英達
浸銀是用在PCB表面處理的一種工藝，通過將焊盤浸入化銀槽中進行表面鍍銀。采用浸銀處理的PCB被稱為沉銀板。沉銀板的生產流程大致可分為除油，水洗，微蝕，水洗，預浸，化學沉銀，抗氧化，水洗和烘干。在沉銀過程中，銀離子會得到電子并被還原，而銅失電子并被氧化，最后銀會在焊盤表面沉積形成鍍銀層。沉銀板在微電子和半導體行業應用廣泛。通常在沉銀板焊盤上印刷上錫膏或將BGA球倒裝在板上，沉銀板最后會被送去回流。錫膏或焊料球會固化形成焊點。
焊點一般需要有優秀的機械強度和導電性。為了了解沉銀板上焊點的可靠性，Yoon和Jung選擇了SnAg3.5C0.7焊料球并在250℃下回流60s制成焊點。可靠性測試內容包含了焊點老化和剪切力測試。
焊點微觀結構
在開始回流焊接后，鍍銀層會首先溶解在SnAg3.5C0.7焊料中，部分Cu層也溶解在熔融焊料中。溶解的Ag和Cu與焊料發生界面反應形成金屬間化合物Cu6Sn5和Ag3Sn。在焊料和焊盤界面處Cu6Sn5以棒狀為主，Ag3Sn形狀類似板狀。金屬間化合物在回流時和老化過程中都會不斷發展。
圖1. SnAg3.5C0.7焊點金屬間化合物。
老化測試結果
在150°C下老化24小時后，在Cu6Sn5層和Cu焊盤之間的界面處開始出現很薄的Cu3Sn層。此外，隨著老化時間的增加，更多的Cu溶解到焊料中，導致Cu6Sn5和Cu3Sn層不斷生長和增厚。Yoon和Jung發現當焊點老化時間增加到2400小時，Cu6Sn5和Cu3Sn層的總厚度分別約為8μm和3μm。
圖2. 不同老化時間的Cu6Sn5和Ag3Sn結構。左: 24小時；右: 2400小時。
Yoon和Jung將峰值剪切應力作為衡量焊點機械強度的標準。焊點的剪切應力在老化的最初24小時內迅速下降，隨后剪切應力下降速度明顯放緩。在老化500小時后，焊點剪切應力開始變得穩定。
圖3. 老化后焊點峰值剪切應力變化。
根據不同老化時間，焊點失效模式從焊料內部斷裂轉換為界面斷裂。在老化250小時后對焊點進行剪切，發現焊點內部開始出現斷裂現象。對于老化500小時或更長的焊點，在焊料/Cu6Sn5界面處發生失效。斷裂的原因是由于脆性金屬間化合物的過度生長。
BGA植球工藝可以使用錫膏來替代焊料球。通過印刷方式將錫膏涂覆在BGA焊盤上，在回流后錫膏收縮成為錫球。深圳市福英達生產的錫膏產品焊接性好，在回流時能夠與沉銀板的鍍銀層有效反應，銀會迅速溶解進入焊料中并生成可靠性極高的焊點。歡迎咨詢了解更多信息。
參考文獻
Yoon, J.W. & Jung, S.B. (2008). Effect of immersion Ag surface finish on interfacial reaction and mechanical reliability of Sn–3.5Ag–0.7Cu solder joint. Journal of Alloys and Compounds, vol.458(1-2), pp.200-207.
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