深度解析SMT无铅-IMC与焊锡原理

焊接的重要性

1.构成任何一种电子产品,绝不可能与焊锡作业无关!

2.焊锡作业的良莠可能成为产品信赖度的关键之一!

3.焊锡作业同时也是影响制造成本高低的因素之一。

 

 

焊接的作用

1. 起一个连接和导通的作用。

2. 起一个固定的作用。
关键:在一个足夠热量的條件下形成锡铜化合物(IMC)。

 


什么是焊接?

将熔化的锡焊附着于很洁净的铜金属的表面,此时焊锡成分中的锡和铜变成金属化合物相互接连在一起。

焊接是一种物理的,也是化学反应;即使焊锡熔解也不可能完全从金属表面上把它擦掉,因为它已变成金属的一部分,它生成了锡铜化合物。

 

IMC定义和分类

定义:指焊锡与被焊底金属之间,在热量(=温度X时间)足够的条件下,锡原子和被焊金属原子(如铜、镍)相互结合,渗入,迁移及扩散等动作,会很快在两者之间形成一层类似“锡合金”的化合物。称为界面合金共化物。英文称Inter-metallic Compound 简称IMC。

分类:IMC以锡铜之间形成良性Cu6Sn5和恶性Cu3Sn最常见;必须先生成良性的IMC才会有良好的焊接,但老化后与铜底之间会生成恶性IMC。

 

锡金IMC

焊锡与金层之间的IMC生长比铜锡合金快了很多,由先后出现顺序所得到分子式有AuSn、AuSn2、AuSn4等。

在150℃中老化300小时后,其IMC居然可增长到50μm之厚,因而镀金零件脚经过焊锡之后,其焊点将因IMC生长太快,而变得强度减弱脆性增大。幸好仍被大量柔软的焊锡所包围,故内中缺点尚不曝露出来。

有人做实验将金线压入焊锡中,于是黄金开始向四周焊锡中扩散,逐渐开成白色散开的IMC,但若将金层镀在镍面上,或在焊锡中故意加入少许的铟,即可大大减缓这种黄金扩散速度达5倍之多。

 


锡银IMC

锡与银也会迅速形成的接口合金共化物Cu3Sn ,使得许多镀银零件脚在焊锡后很快发生银份流失入锡中,使焊点结构强度恶化,即“渗银Silver leaching” 为解决此问题,常有在锡铅63/37焊锡中加入少量的银(2%),成为62/36/2比例从而减轻避免发生 “渗银”现象,并解决焊点不牢的烦恼。

最近又兴起铜垫浸银处理(镀银层 4-6um),在焊的瞬间银熔入焊锡主体中,最后焊点构成之IMC层仍为铜锡Cu6Sn5,即银层起到保护铜面不被氧化,此与有机护铜(OSP)极为类似。

应用:在SMT 改善有铅焊锡质量,特别是0402以下零件贴片时,若采用含银的锡膏,则可避免很多空焊和墓碑不良。小结:在锡铅焊锡中加入少量的银,可以改善锡铜IMC。

 

锡镍IMC

在一般常温下锡与镍所生成的IMC,其生长速度与锡铜IMC相差很有限,但在高温下却比锡铜合金要慢了很多,故可当成铜与锡或金与锡之间的阻隔层。

 

结论

各种待焊表面其焊锡性劣化,以及焊点强度的减弱,都是一种自然现象,分析其发生的根本原因与过程,找出其改善的对策。才为上上之策。

 

更多详情敬请关注以下二维码