退火對錫銀銅錫膏的影響
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退火對錫銀銅錫膏的影響
錫銀銅錫膏是常見的無鉛錫膏，大量用於(yu) 中溫的焊接工藝。錫膏通過印刷或點膠等工藝沉積在焊盤上，在經過回流處理後形成牢固焊點。隨著人們(men) 對電子產(chan) 品的使用頻率和時長越來越長，對焊點的可靠性提出了很高的要求。然而，跌落和撞擊事件通常會(hui) 損壞移動電子產(chan) 品，導致裂縫很容易通過焊料傳(chuan) 播而導致設備失效。因此，錫膏焊點需要能夠承受足夠大的衝(chong) 擊。分析焊點微結構是分析衝(chong) 擊失效的重要手段。
隨著老化時間的增加，SAC錫膏的微觀結構顯著變粗，並且可以觀察到Cu3Sn逐漸生長在 Cu6Sn5層和Cu基板之間的界麵處。在經過眾(zhong) 多研究者實驗後，發現了熱退火是一種能夠提高焊點衝(chong) 擊可靠性的工藝。Zhang et al. (2009) 測試表明，在退火後進行150°C的老化測試後，SnAg3.8Cu0.7錫膏製成的焊點進行會(hui) 增加衝(chong) 擊韌性，因為(wei) 焊料中的微觀結構會(hui) 變粗。Zhang et al.發現當老化時間為(wei) 1000h時, SnAg3.8Cu0.7焊點的衝(chong) 擊吸收功值高於(yu) SnPb共晶錫膏。
圖1. 不同錫膏的平均衝(chong) 擊吸收功值 (Zhang et al., 2009)。
在無鉛錫膏老化過程中，金屬間化合物Cu3Sn顯著生長，裂紋生長路徑從(cong) SAC焊料/IMC界麵移動到Cu6Sn5層的內(nei) 部。當老化到1000小時後，穿晶斷裂模式的麵積遠小於(yu) 100 h老化，因此衝(chong) 擊吸收功值要更高。Chen et al. (2014) 也針對SAC/Cu複合焊料做了210°C退火處理並進行老化測試。回流曲線如圖2所示。
圖2. SAC錫膏不同的退火條件 (Chen et al., 2014)。
圖3. SAC/Cu焊點的SEM圖: (a)快速冷卻; (b, e)50s退火; (c, f)100s退火; (d-f)是(a-c)的焊料/Cu界麵的放大圖 (Chen et al., 2014)。
隨著 SAC/Cu 焊點在210 °C下退火50和100 s，微小的沉澱逐漸生長並粗化，在SAC/Cu界麵附近呈網狀分布 (圖3)。相比於(yu) 快速冷卻，退火能使錫膏焊點衝(chong) 擊韌性增強。Chen et al. 認為(wei) 沉澱從(cong) 點型向網型重新分布的驅動力是IMC熟化並降低了表麵能，從(cong) 而微小的Ag3Sn或Cu6Sn5顆粒結合。逐漸生長的沉澱對增強焊點衝(chong) 擊可靠性起到了重要的作用。
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參考文獻
Chen, W.L., Yu, C.Y., Ho, C.Y., & Duh, J.G. (2014), “Effects of thermal annealing in the post-reflow process on microstructure, tin crystallography, and impact reliability of Sn–Ag–Cu solder joints”, Materials Science and Engineering: A, vol.613, pp.193-200.
Zhang N., Shi, Y.W., Lei, Y.P., Xia, Z.D., Guo, F., & Li, X.Y. (2009), “Effect of Thermal Aging on Impact Absorbed Energies of Solder Joints Under High-Strain-Rate Conditions”, Journal of Electronic Materials, vol.38(10), pp.2132-2147.
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