焊接点强度

　　图7 为SAC305 焊锡球的剪切测试(推力测试)结果。该图可以看到剪切力(推力)迅速增加并直线上升到约8N，然后逐渐达到最大值10 – 12 N，接着再下降直到锡球被推掉，所得到的最大值被视为焊接强度。图中给出了不同的银厚(0.05 – 0.5 μm)以及经过不同次数回流焊处理后的焊接强度测试结果。由于焊接强度取决于所剪切(推断)锡球的横切面积，所测结果会因锡球的几何形状及推刀和焊盘之间的间隙而有所差异(参看图1)。剪切测试后用EDS 分析印刷电路板上的断裂表面(图8)显示只有微量的铜，这是来自SAC305 合金中的铜(0.5%)。这表明断裂是发生于SAC 焊锡合金內，而不是在焊锡与铜焊盘的界面，因此也说明焊锡与铜焊盘之间的焊接强度大于SAC305 焊锡本身的强度。

　　SnPb 合金焊接有同样的测试结果。图9 中给出了不同的银厚和经过不同次数回流焊处理后的焊接强度测试结果。图10 是印刷电路板上断裂面的EDS 分析结果。值得注意的是断裂面上虽然有不同程度的空洞，但是断裂面都在SnPb 焊球内部而不是在焊锡与铜焊盘的界面。

　　BGA焊接点的完整性

　　文中研究的BGA 是26x26 的矩阵排列，每个BGA 用2D X 光分别检查四角和中心部位的4x4 小矩阵排列(共5 个小矩阵)。图11 是#2 BGA 的右上角落部位的X 光图像，在焊盘2 上发现一个小空洞，面积为锡球总截面积的1.78%。表2 是对4 个BGA 上320 个焊盘的统计汇总，平均的空洞面积仅为锡球总截面积的0.62%。因为这种图像不能看出空洞在焊接点中的立体位置，而且X 光系统的灵敏度也不足以识别出小空洞，因此进一步检查样品的横截面。

　　图12 是通过X 光检查已知一个BGA 焊点中有空洞，然后针对该焊点所做横截面切片图。从该图可以看出空洞发生在零件面，这种空洞多是由锡膏中的助焊剂的挥发成分造成。BGA焊接点的焊锡/铜界面上有3 – 5 μm 厚的金属界面化合物(IMC)，在金属界面化合物中没有发现对焊接点可靠性有害的“平面”微空洞[6,7]。因此，在适当的焊接条件下，沉银层可形成完整可靠的BGA 焊接点。沉银层中有机物含量是产生“平面”微空洞的一个因素已有报告[8,9]，因此，这种新型沉银工艺所形成的低有机物含量的银层必然降低了产生“平面”微空洞的风险。

　　结　论

　　1. 新型的沉银工艺已经由稳定的实际生产经验证明可以为印刷电路板提供高品质的表面 处理。

　　2. “贾凡尼效应”的程度与银层的厚度直接有关，不一定是由阻焊膜的侧蚀引起。

　　3. 剪切测试表明铜/锡界面焊接强度大于SnPb 和SAC 合金的强度，并且与银层厚度及无铅回流焊处理无关。

　　4. BGA 焊接点內无对焊接力和可靠性有害的“平面”微空洞。

　　参考文献

　　[1] F. van der Pas, “New Highest Reliable Generation of PWB Surface Finishes for

　　Lead-Free Soldering and Future Applications”, EIPC, Stockholm, June, 2005

　　[2] Y-H. Yau et al., “The Chemistry and Properties of a Newly Developed Immersion

　　Silver Coating for PWB”, IPC/APEX, Anaheim, CA, 2004

　　[3] Y-H. Yau et al., “The properties of Immersion Silver Coating for Printed Wiring

　　Boards”, IPC/APEX, Anaheim, CA, 2005

　　[4] IPC-4553 Specification for Immersion Silver Plating for Printed Circuit Boards,

　　2005

　　[5] M. G. Fontana and N. G. Greene, Corrosion Engineering, p 39, second edition, 1978,

　　McGraw-Hill Book Company, NY, New York

　　[6] R. Aspandiar, “Voids in Solder Joint”, IPC/CCA PCB Assembly and Test Symposium,

　　May 2005

　　[7] D. P. Cullen, “Characterization, Reproduction, and Resolution of Solder Joint

　　Microvoiding”, IPC/APEX, Anaheim, CA, 2005

　　[8] S-P. Yu et al., “Optimal Reflow Profile for Lead-free Server Board and Failure

　　Analysis of Solder Joint after Temperature Cyclic Test”, TPCA Forum, Taipei,

　　Taiwan, 2005

　　[9] N-C. Lee, “How to Control Voiding in Reflow Soldering”, Chip Scale Review,

　　August-September 2005