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無鉛波峰焊后元件引腳與焊盤剝離分析解決
發(fā)布時間：2016-06-29 新聞來源：
上一篇：常用的波峰焊預(yù)熱方法
無鉛波峰焊的剝離現(xiàn)象直是內(nèi)外科研人員研究的對象，其原因是這種焊接缺陷是不可修復(fù)的，而且易造成焊點(diǎn)失效。
元件引腳與焊盤剝離
PCB本身和焊點(diǎn)在冷卻凝固過程中都會產(chǎn)生收縮現(xiàn)象，而且其方向是相反的，從而會在銅箔與焊點(diǎn)的界面處產(chǎn)生拉應(yīng)力的作用。當(dāng)界面處承受不了足夠拉應(yīng)力的作用時，銅箔與焊點(diǎn)就會在內(nèi)應(yīng)力的作用下產(chǎn)生開裂，形成元件引腳與焊盤剝離。
在整個波峰焊接過程中，PCB和銅盤的物理形態(tài)沒有改變，而無鉛焊料則由液態(tài)凝固成固態(tài)。如果銅盤表面鍍有Sn-Pb合金層或者是鉛焊料中含有合金元素Bi，都會在焊盤與焊點(diǎn)界面處產(chǎn)生低熔點(diǎn)共晶相。在冷卻過程中，焊點(diǎn)中心的液態(tài)鉛焊料先凝固，而靠近銅盤附近鍍有Sn-Pb合金層的焊料或者含Bi的低熔點(diǎn)共晶相仍為液態(tài)。當(dāng)溫度繼續(xù)降低時，先前凝固的鉛焊料在冷卻過程中產(chǎn)生收縮，由于受到拉應(yīng)力的作用，靠近銅盤的焊料在凝固過程中發(fā)生開裂，從而更容易產(chǎn)生Fillet lifting。在鉛化初期，特別是鉛焊料與含有Sn-Pb鍍層的PCB共存期間，或者是采用含合金元素Bi的鉛焊料的使用，F(xiàn)illet lifting現(xiàn)象將更加明顯。為了防止這些情況下產(chǎn)生的元件引腳與焊盤剝離缺陷，個比較好的方法就是在焊后采用快速冷卻，使不同熔點(diǎn)的合金相同時凝固。
隨著鉛化進(jìn)程的推進(jìn)，焊料、PCB和元器件引腳的全面鉛化將不會出現(xiàn)焊接過程中的低熔點(diǎn)共晶相。對于鉛焊料，目前廣泛采用的Sn-0.7Cu、Sn-3.5Ag和Sn-Ag-Cu系列的熔點(diǎn)溫度接近共晶溫度，溫度區(qū)間窄。故在冷卻過程中不會出現(xiàn)低熔點(diǎn)共晶相，出現(xiàn)Fillet lifting缺陷的幾率大大減小。另外個產(chǎn)生剝離現(xiàn)象的原因就是脆性的金屬間化合物層，由于其接觸強(qiáng)度低，在定的內(nèi)應(yīng)力作用下，易在此處產(chǎn)生開裂，形成Fillet lifting現(xiàn)象，使焊點(diǎn)失效。般IMC的厚度在1-3um間為易。本次試驗(yàn)采用的鉛焊料為SnAgCu和SnCu，在特定條件下發(fā)現(xiàn)了剝離現(xiàn)象，產(chǎn)生剝離位置的金屬間化合物厚度達(dá)到了10um左右。
為了防止剝離現(xiàn)象的產(chǎn)生，般采用焊后快速冷卻，方面可以使焊點(diǎn)的各個部分同時凝固，減小焊點(diǎn)內(nèi)應(yīng)力，另方面可以大大減小金屬間化合物的厚度，從而避免剝離現(xiàn)象的產(chǎn)生。對于Sn-0.7Cu、Sn-3.5Ag和Sn-Ag-Cu系列鉛焊料，冷卻速率控制在6-10℃/s左右，基本上可以抑制元件引腳與焊盤剝離的發(fā)生。
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