共晶金錫焊料焊接處理可靠性問(wèn)題

共晶金錫焊料焊接處理可靠性問(wèn)題,是由于其焊接中再流過(guò)程可以產(chǎn)生重復(fù)、無(wú)空洞以及無(wú)弊端的焊接。

本文回答了許多公司關(guān)于焊接設(shè)計(jì)、焊接資料組合以及再流焊技術(shù)進(jìn)展等問(wèn)題。

相圖18我們可以從金錫焊料的二元相圖去熟悉許多共晶金錫焊料焊接的要點(diǎn)問(wèn)題,如圖1所示,焊料中富金時(shí),液相線下降特殊快速,在常溫下有大批的“線性”化合物。

當(dāng)使用金錫焊料焊接鍍金層時(shí),焊接溫度必定高出280攝氏度,由于只有達(dá)到這個(gè)焊接問(wèn)題,鍍層里的金元素才可以集中或融入到焊料中。

這樣可以產(chǎn)生兩個(gè)優(yōu)點(diǎn):在這個(gè)溫度下其次次再流不會(huì)損壞到焊料;更高的溫度也可以產(chǎn)生更大的抗蠕變性。

但是,焊接后中間的焊料很難再次起到焊接作用,由于即使兩個(gè)焊接界面可以分開,殘留下焊接時(shí)形成的金屬間化合物都會(huì)阻攔再流。

而且,焊接中的“凝固”現(xiàn)象也會(huì)使浸潤(rùn)不充分以致焊接不完好而使強(qiáng)度下降。

這些弊端可以經(jīng)過(guò)增加焊料中錫成分成為富錫焊料,這樣,共晶成分中金完好平均分其他。

但在使用金錫焊膏時(shí)候,這種方法也是有必定弊端的,由于焊膏的成分是可變的,這也是為什么使用蒸發(fā)、濺射或電鍍方法來(lái)聚積焊膏。

關(guān)于共晶焊接,我們應(yīng)當(dāng)關(guān)注冷卻時(shí)以下的過(guò)程:→ξ+δ→ξ’,一般+來(lái)δ說(shuō),焊接后ξ和ξ’組成了焊接的主要組成,其中ξ’是焊接后形成的金屬間化合物。

焊接后,我們期盼組成η,ε和,δξ’的連續(xù)的界面。

一般來(lái)說(shuō),剎時(shí)液相連接使用的更多而不是共晶連接。

剎時(shí)液相連接的優(yōu)點(diǎn)的是連接溫度處于液相點(diǎn)和共晶液相間之間。

但是,此種焊接時(shí)加熱時(shí)間和冷卻時(shí)間都需要更長(zhǎng),而且若是在這個(gè)過(guò)程里反應(yīng)沒(méi)有完好,則今后長(zhǎng)時(shí)間里微結(jié)構(gòu)的演化都會(huì)連續(xù)。

經(jīng)過(guò)多層薄的焊料可以削減這些弊端,由于薄層可以削減集中距離,也削減產(chǎn)生金屬間化合物的時(shí)間。

這個(gè)相圖有利于我們熟悉焊料的機(jī)械性能。

錫富一方形成的金屬間化合物方圖是“線”形化合物,擁有極其有限的溶解度。

這些化合物一般有著高強(qiáng)度和優(yōu)異的抗蠕變性,但展延性削減。

28但在下文中我們將談?wù)摰?具備中等延性和優(yōu)異的抗蠕變性的金錫焊料形成的金屬間化合物卻遠(yuǎn)比化合物有更好的展延性。

金屬化層選擇合適的金屬化層是共晶焊接的要點(diǎn)之一。

一般的要吻合以下的要求:合適的焊接界面集中阻截層愛護(hù)層合適的焊接界面是使電子元器件焊接到陶瓷基板上的必備界面,由于大部分的金屬資料不行以直接互聯(lián)到共價(jià)資料上;而關(guān)于金屬基板是不需要焊接界面。

集中阻截層必定既要和焊接層互聯(lián)優(yōu)異,而且和錫內(nèi)在不反應(yīng)或足夠的厚以阻攔再流和后邊焊接形成的金屬化合物的集中。

愛護(hù)層是兼容純金資料和金錫焊料的必備資料,可以愛護(hù)表面在再流焊接前的氧化。

許多領(lǐng)域使用到金錫焊料。

表一列出了典型的基板和金屬化的厚度。

一般的,和互聯(lián)層阻截層愛護(hù)層用于半導(dǎo)體器件和陶瓷基板的焊接,用在金屬的連接。

一般用電解電鍍或化學(xué)電鍍,但后者成本更低更多的使用。

集中阻截層一般接受、和,或在層上聚積和的金屬間化合物。

和發(fā)生反應(yīng)的阻截層,集中的速率和以下的因素相關(guān)系:焊料互聯(lián)的厚度焊料液相點(diǎn)的峰值溫度焊接的時(shí)間形成物的面貌和阻截層上的節(jié)余應(yīng)力如圖2所示,等人已使用一個(gè)特其他例子詳盡闡述了間隔層的耗費(fèi)問(wèn)題。

這兩篇文章比較了金錫焊料焊接時(shí),純銅焊盤以及其上有隔斷層的差38別。

金屬間化合物--和的生長(zhǎng)速度成平方根的比率,這是個(gè)一個(gè)典型的集中速度,盡管的耗散速度由于焊接峰值溫度的影響變得更低。

而集中間隔層資料和不發(fā)生反應(yīng),特殊再覆鍍上或的金屬間化合物,更可以有效地削減間隔層的金屬耗費(fèi)。

即即是生成物、再流焊溫度以準(zhǔn)時(shí)間等相像時(shí),集中速度也會(huì)不同樣。

由于間隔物質(zhì)料顆粒的削減會(huì)增加自己資料的集中速度,就會(huì)以致間隔層資料損速度的增加。

焊接各個(gè)階段產(chǎn)生節(jié)余應(yīng)力不但增加集中率,而且會(huì)產(chǎn)生新的增加甚至開裂。

焊料的種類和種類本文討論的焊料種類包括焊片、焊膏和聚積膜。

聚積膜的技術(shù)包括濺射成膜、蒸發(fā)成膜以及電鍍成膜,膜可以是單層或多層的。

它們的弊端和優(yōu)點(diǎn)以下介紹:焊片:優(yōu)點(diǎn):單獨(dú)使用;不依靠焊料的流淌來(lái)達(dá)到掩蓋總個(gè)焊盤弊端:組成的全都性;氧化性;定位問(wèn)題;低容量焊膏:優(yōu)點(diǎn):大批量使用,包括使用光刻膠做網(wǎng)印刷弊端:需要阻焊劑微機(jī)電系統(tǒng),倒裝芯片和光電子學(xué)除發(fā)光二極管外;組分掌握;焊接氣氛以致的孔洞率48濺射膜:優(yōu)點(diǎn):成分掌握弊端:殘留雜質(zhì)和空洞;中等和小批量的使用,成本和過(guò)程掌握;聚積速度慢蒸發(fā)膜“優(yōu)點(diǎn):成分掌握弊端:不平均以及污染,中等和小批量的使用,成本和過(guò)程掌握;聚積速度慢電鍍膜:優(yōu)點(diǎn):成分掌握,大批量使用,聚積速度快,弊端:過(guò)程的敏感度一般而言,單層共晶成分電鍍層或多層次5ξ和δ電鍍膜被認(rèn)為合適于批量生產(chǎn)。

但關(guān)于小批量的是使用,焊片、濺射或蒸發(fā)都可以使用。

焊接過(guò)程一般很難關(guān)于焊接過(guò)程供應(yīng)指導(dǎo)建議,由于它涉及到許多因素:58外形,重量,焊接面,組分和基板的熱膨脹系數(shù),再流時(shí)的氣氛,回流設(shè)備烘箱、芯片貼片機(jī)、紅外或激光回流、熱板等,相關(guān)的熱模塊以及加熱冷卻時(shí)間和其他的因素等等。

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但下面是焊接一些一般性要求:許多不同樣組分的焊料都很好的用去焊接,供應(yīng)好的潤(rùn)濕,底空洞率,平均微結(jié)構(gòu),和可以合適批量使用基板資料和元器件間的熱膨脹系數(shù)要般配,以削減兩者之間應(yīng)力甚至開裂,誠(chéng)然銅和可法資料熱膨脹系數(shù)不般配也焊接性能優(yōu)異。

削減氣氛的影響誠(chéng)然不是必定的,但在大批量使用可以使焊接保持全都性表面氧化層的影響,焊接氣氛的愛護(hù)是不夠的,最好可以使用機(jī)械去除或沖刷去除氧化層。

焊接的升溫速度不要太快冷卻速度一般需要較快,但熱膨脹系數(shù)不般配或冷卻過(guò)快會(huì)造成開裂。

表二總結(jié)了一些不同樣焊料和使用不同樣設(shè)備焊接的詳盡參數(shù)。

資料特點(diǎn):機(jī)械性能焊料和金屬間化合物的力學(xué)性能解析,特殊在有限元解析,平常使解析測(cè)量獵取的大批樣本數(shù)據(jù)。

但是比較典型焊接、焊接幾何面貌以及生成的化合物,焊接面貌、節(jié)余應(yīng)力和機(jī)械拘束的不同樣,以致直接從測(cè)試數(shù)值獵取的談?wù)撌遣徽_的。

表三總結(jié)了實(shí)質(zhì)焊料焊接和膜焊接中金屬、焊料以及產(chǎn)生的金屬間化合物的特點(diǎn)。

其中金屬間化合物的特點(diǎn)借用了的討論成就,他們使用納米壓痕的技術(shù)來(lái)解析金屬間化合物,文中還闡述了納米壓痕技術(shù)對(duì)比于體效應(yīng)技術(shù)的優(yōu)弊端。

表三中壓痕蠕變的數(shù)值同樣使用這個(gè)方法獵取得,這些數(shù)據(jù)證了然5相間以及合金自己也會(huì)產(chǎn)生高抗蠕變性。

資料特點(diǎn):68集中前文中我們已經(jīng)談?wù)摿说募幸约皩?duì)間隔層的耗費(fèi)。

而且,金和錫之間的互集中也可以關(guān)心我們更好理解由和組成的單層或多層焊料膜的使用,如焊接。

令人驚異的是,誠(chéng)然熔點(diǎn)更低,但一開頭集中速度更快,由于此時(shí)是間歇集中為主,金的粒子直徑更小。

但隨著金層上金顆粒越來(lái)越小,的擴(kuò)休會(huì)越來(lái)越快達(dá)到平衡誠(chéng)然比更快,由于此時(shí)沿著界面弊端的界面集中。

正是集中速度的不同樣,以致了柯肯達(dá)爾空洞的產(chǎn)生,【30】文中的圖2更是用一個(gè)例子很好的講解了這種現(xiàn)象。

等人提出了一個(gè)很好的方法來(lái)測(cè)量和解析在不同樣退火溫度下金屬間化合物的形成速度。

互集中模型理解為兩層層間有一層層。

在全部狀況下,三其中間-層間形成的金屬間化合物和退火時(shí)間成冪律關(guān)系,而且在不變的溫度時(shí)每個(gè)界面形成的金屬間化合物和全部形成的金屬間化合物的比是一個(gè)常數(shù)。

誠(chéng)然溫度減小,這個(gè)常數(shù)變大由于更多的4的產(chǎn)生,反之變少由于更多的和2的產(chǎn)生。

我們?cè)O(shè)行成的金屬間化合物為,時(shí)間為,它們之間有以下的關(guān)系其中和比取決于溫度;0和0是常數(shù),是激活能,是氣體常數(shù),是溫度。

表4給出了不同樣焊接溫度和時(shí)間下形成的金屬間化合物的厚度,表4給出了不同樣退火溫度和時(shí)間產(chǎn)生的金屬間化合物的厚度。

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由于沒(méi)有考慮到沿界面弊端的界面的集中行為,計(jì)算的結(jié)果不是正確。

但這些討論供應(yīng)了一個(gè)去談?wù)摵徒馕龅目蚣堋?/p>

長(zhǎng)遠(yuǎn)的牢靠性由于金錫焊料焊接的高強(qiáng)度,抗蠕變性,已經(jīng)被廣泛用于嚴(yán)酷環(huán)境下。

如在-55125的溫循,從75150的積蓄,121高溫高壓高濕環(huán),250老化后的芯片剪切等,激光二極管長(zhǎng)遠(yuǎn)的工作環(huán)境等。

78主要的牢靠性問(wèn)題的產(chǎn)生都來(lái)至焊接過(guò)程中空洞,不合適相得產(chǎn)生等,最終會(huì)以致開裂。

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