SMT加工廠的IMC發展有哪些?

普遍認為,很厚的IMC是一種缺陷。因為SMT加工廠的IMC比較脆弱,與基材(封裝時的電極、零件部份或基板)之間的熱膨脹係數差別很大,如果IMC很厚,就容易產生龜裂。因此,掌握界面反應層的形成和成長機理,對確保焊點的可靠性非常重要。

SMT加工廠的IMC形成與發展,與焊料合金、基底金屬類型、焊接的溫度與時間和焊料的流動狀態有關。一般而言,在焊料熔點以上溫度,SMT加工廠的IMC的形成以擴散方式進行,速度很慢,其厚度與時間的開方成正比;在焊料熔點以上溫度,IMC的形成以反應方式進行,一般情況下(焊接工藝條件範圍內),溫度越高、時間越長,其厚度越厚,如圖1-56所示。因此,過高的溫度、過長的液態時間將會導致過厚的IMC。

SMT加工廠的IMC發展有哪些?

靖邦

SMT加工廠在有鉛工藝條件下,由於有Pb的抑制作用,Cu與SnPb焊料形成的IMC一般不超過2.5μm。但在無鉛工藝條件下,由於Cu在熔融的SAC305中的溶解度比在Sn63/Pb37中的溶解度高8.6倍,因而在與SAC反應時會形成較厚的IMC,這點對於無鉛焊點的可靠性而言不利。

IMC的生長是一個複雜的過程,如圖1-57、圖1-58所示,隨SMT加工廠的焊接時間的延長會出現厚度峰值,但並非一直都呈線性生長,好在焊接工藝條件下(再流焊接時間3min內)一般不會遇到此況,因此,在有關書籍中不會討論此問題。

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隨著再流焊接時間的延長,不僅厚度會增加,而且更重要的是形態也會發生變化。像Cu與Sn的界面反應,隨著焊接時間的變化所形成的Cu6Sn5會變得“塊狀化”,如圖1-59所示。

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說明:

此圖為某BGA焊接前後的切片圖,放大倍數一樣,可以看到IMC的厚度不僅增加,寬容也增加。也可以看到BGA值球工藝存在問題,IMC平均超過5μm,這為後續再流焊接埋下隱患,這也是多個案例揭示出來的一個問題,值球工藝很重要!

SMT加工廠的焊接後的高溫老化也會使IMC形態發生變化,這個變化與再流焊接時間延長不同,呈現貝殼間被填充的特性,也就是表面峰谷更小、更齊平,如圖1-60所示,這是固態條件下長時間擴散的結果。

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