焊點柯肯達爾孔洞的形成與危害
前麵討論了焊點中孔洞缺陷的類型，下麵重點介紹一下錫膏回流焊後產(chan) 生的柯肯達爾孔洞。
柯肯達爾孔洞的高發場景
據統計,由熱所引起的器件失效約占電子器件器件失效的百分之五十以上。過高的運行溫度不僅(jin) 會(hui) 損壞半導體(ti) 設備，還會(hui) 降低電子設備的可靠性和性能。隨著芯片上晶體(ti) 管數量的增加，其發熱量也隨之增加，使得發熱問題更加突出。電子設備若長時間工作於(yu) 工作溫度較高的環境，則會(hui) 使焊點與(yu) 晶片或基片上金屬接點之間發生相互作用，造成界麵金屬間化合物的生成和生長。由於(yu) 受熱的作用，焊點內(nei) 合金元素的反應擴散不均，造成界麵上微孔的形成、聚合、長大以及微孔的產(chan) 生，從(cong) 而降低焊接點的力學完整性，使界麵弱化，造成界麵上焊點的破壞。
柯肯達爾孔洞位置
界麵或金屬間化合物IMC中
柯肯達爾孔洞生長圖（圖片源自網絡，侵刪）
柯肯達爾孔洞的危害
由於(yu) 各種IMC或IMC與(yu) 焊料之間熱膨脹係數的差異，焊點內(nei) 應力較大，應力容易集中在柯肯達爾孔洞中，使孔洞成為(wei) 裂紋源，焊點易脆性斷裂，因此柯肯達爾孔洞對錫膏微焊點的可靠性具有前所未有的挑戰性。
柯肯達爾孔洞產(chan) 生原因-柯肯達爾效應
擴散是原子(或分子)在物質中的遷移，是物質傳(chuan) 遞的一種方式。當兩(liang) 種不同金屬接觸並發生擴散時，快速擴散的金屬一側(ce) 可形成分散或集中的空位，而在慢速的一邊則有點陣膨脹。柯肯達爾等人首先證實了這一點，因此稱為(wei) 柯肯達爾效應。從(cong) 柯肯達爾效應可以看出，當兩(liang) 種物質相互擴散時，由於(yu) 其擴散速度不同，在擴散較快的金屬側(ce) 會(hui) 形成孔洞。這一現象也常發生在異種材料擴散焊接中，顯微鏡下可觀察到擴散孔。
Sn-Cu軟釺焊焊點擴散示意圖（圖片源自網絡，侵刪）
柯肯達爾孔洞對可靠性的影響
高端服務器及通訊設備的封裝錫膏焊點一般都在75℃左右的環境下工作6~7年，由於(yu) 柯肯達爾孔洞形成的原因，這可能導致錫膏焊點完全斷開。近年來火爆的3D封裝結構由於(yu) 封裝密度高、功率荷載高和結構的散熱性不足，使單位體(ti) 積的3D封裝元件的發熱量越來越大，工作溫度已超過75℃，較易產(chan) 生柯肯達爾孔洞，使焊點壽命縮短。Chiu等人的研究發現，錫膏焊點老化時間越長，老化運行溫度越高，錫膏焊點中的柯肯達爾孔密度越高，錫膏焊點的抗衝(chong) 擊性越低。而在125℃老化10天時，試驗板壽命比未老化的要低80%，而在125℃老化40天後，在第一次下落衝(chong) 擊時就發生失效。文章提出，焊點強度與(yu) 錫膏焊點下落可靠性的下降主要與(yu) 柯肯達爾孔洞的形成及結合有關(guan) 。
影響柯肯達爾孔洞形成的因素
焊接材料、焊料摻雜、UBM預處理等因素對柯肯達爾孔洞形成的影響較大。
就錫膏及其他焊料中添加雜元素來講，一些研究說明錫膏或其他焊料摻雜元素有時可以對柯肯達爾孔洞的形成產(chan) 生抑製作用。
錫膏或其他焊料與(yu) 焊盤金屬間的化學反應受合金元素影響為(wei) (1)反應/生長速率增大或降低。(2)加入物可改變反應形成相的物理特性。(3)可在界麵上形成附加相，也可取代二元相形成其他反應產(chan) 物。例如焊料界對Zn和Ni元素的摻雜已經有不少研究。
正如前麵所述，柯肯達爾孔洞的形成與(yu) 多種因素相關(guan) ，是各因素綜合影響的結果，但作為(wei) 在封裝焊接中起重要作用的錫膏，要在產(chan) 品設計時進行考慮，並在錫膏配方設計時盡量避免。ac米兰官方网站專(zhuan) 門從(cong) 事高品質錫膏、錫膠、焊錫粉的研製與(yu) 生產(chan) ，對於(yu) 如何提高錫膏、錫膠、助焊劑等焊料可靠性方麵有一定的經驗心得，歡迎公司來電谘詢與(yu) 合作。
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