案例分析|化镍金焊盘BGA焊点开裂原因(下)
1   
   工艺改进


选取同批次样品,保持其他参数不变,缩短回流时间,降低峰值温度进行焊接,并对改进样品进行切片分析,观察开裂情况是否有改善,测量 IMC 层和富磷层厚度。改进前后的工艺参数见下表:

                          


1.对改进样品进行SEM分析,如图 8 所示, 焊球与焊盘间形成连续IMC层,IMC层平均厚度1.87μm,IMC层与镍层间富磷层平均厚度458nm。与失效样品相比,IMC层和富磷层厚度都大大降低。对器件多排焊点进行切片观察,未发现焊点开裂情况。


                      

                                                                                                      * 图 8 *


2.对改进样品IMC 层进行成分分析,如图 9 所示,未发现铜元素。


        

                                                                                        * 图 9 *



2   
    结论及预防措施



在ENIG 焊盘上焊接时,由于焊接工艺不当,过高的峰值温度和长时间的过度回流,一方面造成 IMC层过度生长,磷富集情况严重;另一方面造成 IMC层中铜的混入。富磷层的形成造成焊点界面严重弱化,锡镍IMC层中的铜改变IMC结构和力学性能,使IMC层脆性增加而与镍镀层的结合力减弱。两种因素共同作用使焊点可靠性大大降低,受微小应力即发生焊点开裂失效。


                                                      预防此种原因导致的焊点开裂,落实以下措施:

                                     1.对ENIG PCB焊盘进行来料检验,根据 IPC-4552要求,至少每个季度检测

                                        一次镀层中磷含量,磷含量控制在10wt%以下。

                                     2.PCB焊盘为ENIG ,锡膏为Sn63Pb37,BGA焊球是Sn3.0AgCu0.5时,

                                        峰值温度不超过 236℃,回流时间不超过60s。

                                 3.采取新工艺时,需做工艺优化试验,需从微观的角度检查其可靠性以及

                                   潜在风险。IMC层厚度超过2μm的焊点,可能存在焊点强度不足的问题,

                                   有断裂风险,需排除隐患,防止后续使用过程中失效造成损失。