無鉛焊點可靠性問題分析及測試方法

　　其中Ni／Au涂層又有浸金法和鍍金法兩種，浸金法由于工藝簡單而較受國內廠商青睞，但此法難于控制Au層厚度，常會出現Au層厚度不足導致其下的Ni層氧化，影響回流焊接時焊點的性能。對于此種情況，廠商一般可用俄歇電子能譜儀（AES）精確測量PCB焊盤的Au層厚度是否符合規格。

　?。?）工藝：在SMT、MCM制作工藝過程中，通常會遇到諸如焊料儲存溫度不當、焊盤焊料不足、再流焊溫度曲線設置不當等問題。就無鉛焊接而言，再流焊工藝溫度曲線的優化至為重要，優良的工藝既可保證形成高可靠性的焊接，又保持盡可能低的峰值溫度。

　　因此，目前除日本以外，其他國家的消費電子公司似乎都接受了錫銀銅合金系列，合金中銀所占比例為3．0％～4.7％，銅為0．5％-3.0％。不同成分的合金熔點相差不大，基本上在217℃-221℃之間，而錫鉛合金（63％的錫和37％的鉛）的液相溫度是183℃，兩者相差34℃。

　　因此嚴密監控再流工藝中的關鍵變量，如峰值溫度、高于液相溫度的時間、浸漬時間、浸漬溫度以及由于選擇焊劑和焊膏而引起的斜坡速率，以確保再流焊過程保持1．33或高于1．33的Cpk。另外需注意的一點是含Bi無鉛焊料的使用問題。研究發現，含Bi焊料與Sn-Pb涂層的器件接觸時，回流焊后會生成Sn-Pb-Bi共晶合金，熔點只有99．6℃，極易導致焊接部位開裂的發生。因此對含Bi無鉛焊料的使用需注意器件涂層是否為Sn-Pb涂層。

　　另外，關于無鉛焊接工藝中出現的空洞問題14，15］?？斩词腔ミB焊點在回流焊接中常見的一種缺陷，在BGA／CSP等器件上表現得尤為突出。由于空洞的大小、位置、所占比例以及測量方面的差異性較大，至今對空洞水平的安全性評估仍未統一。有經驗的工程師習慣將無較大空洞（小尺寸的空洞體積之和不超過焊點體積的0．5％）、空洞比例低于15％～20％，且不集中于連接處的空洞歸于回流焊接中常見的一種缺陷，并認為是可以接受的；

　　另一方面，按照Motorola的研究結果認為直徑3μm～5μm的空洞事實上能提高焊點的長期可靠性，因為它在一定程度上可以阻止焊點中裂紋的擴展。但一般認為大的空洞，或空洞面積達到一定比例后會給可靠性帶來不利影響。

　　因此，在無鉛焊接中，空洞仍然是一個必須關注的問題。在熔融狀態下，Sn／Ag／Cu合金比Sn-Pb合金的表面張力更大，表面張力的增加勢必會使氣體在冷卻階段的外溢更加閑難，使得空洞比例增加。這一點在無鉛錫膏的研發過程中得到證實，結果顯示使用無鉛錫膏的焊點中的空洞數量多于使用錫鉛錫膏的焊點。

　　大的空洞和一些小的球形空洞是由于助焊劑的揮發造成的，錫膏中助焊劑的配比是影響焊點空洞的最直接因素，因此無鉛錫膏仍有很大的改善空間。作為新一代的無鉛錫膏產品，Multicore（96SCLF32OAGS88）由于增加了助焊劑在高溫的活性，實現了技術上的長足飛躍，使得無鉛焊點的空洞水平可降低到7．5％左右。近兩年隨著材料研究方面的進展，研制的第二代通用型無鉛焊膏除了具有更寬的工藝窗口、更容易應用、有更好的外觀外，最為重要的是解決了空洞問題。