热点问答|李宁成博士在线答疑(六)

1.无铅波峰焊焊点40倍放大看的到裂纹是否可以?有没有裂纹的参考标准?裂纹的产生机理是什么?要改善这个裂纹要怎么改善?

答:首先要澄清下事实上很多时候,应该不能称作裂纹,而是结晶收缩以后造成的间隙。

Bi/Sn系统在冷却的时候常常会形成比较大的晶粒,在大的晶粒与晶粒之间因为收缩看起来有间隙,这种间隙是一种正常的焊锡表面现象,属于自然的结晶间的间隙。

所以像这种情况,如果间隙太深的话会引发真正的裂纹,当然不仅在低温合金,其它合金如果晶粒比较粗大的话也都容易有这种倾向。判断是不是裂纹的标准方法是破坏性方法,即切片。

当切片看到裂纹的尖峰端是圆形的就属于收缩的间隙,如果看到裂纹尖端是呈比较尖锐的角度,那是真正的裂纹。再根据具体裂纹机理分析改善。



2.采用SAC305焊料焊接喷锡PCB和塑封器件,焊点产生微裂纹,峰值温度245,250,255,260,降温速率1.5,2,2.5,3,4℃,未能解决,请问李博士这个产生原因是什么,有没有解决方法?

答:首先要确认产生裂纹的位置在哪里,如果位置属于比较大的焊点处,就容易产生大的结晶晶粒。

其实在工业界观察到很多的例子,大的焊点收缩的时候就容易产生,在SAC305也是一样。另外情形,如果不是大的焊点,这时候就要看喷锡焊片的背景是什么样子,如果使用的焊盘是很薄的喷锡的话,那么喷锡层已经相当程度的转换成介金属在下面,这种情况下,焊锡最终对介金属的润湿程度会降低很多,这就有可能会产生裂纹。

因为薄的喷锡层造成润湿不够理想。这种情况下,提高炉温曲线温度等并不是解决问题的办法,而是要审视一下喷锡层的制程和储存的状况,是不是会容易造成焊盘上的锡大多数已转变成了介金属。而不是回流焊的曲线。



3. 低温锡膏强度多少是合理的?

答:低温锡膏Bi/Sn系统跟Sn/Ag/Cu相比,强度大致接近,有时Bi/Sn比Sn/Ag/Cu强一点。

但在某些元器件就显得比较弱一点,比如小电容、电阻,Bi/Sn比Sn/Ag/Cu就差很多,呈现相反的情形,在做拉力或剪切力测试加速度非常高,接近跌落那样的情形的话强度差异就非常大,这时脆性变为主要的特征形式。



4.  请给介绍下金/锡焊料

答:金/锡焊料具有很高的熔点,差不多280°C。一般使用在高温,大功率(high power)器件。还有用在光纤元器件,因为光纤元器件对纤维的定位要求非常精确,而金/锡本身有非常强的焊点强度,当要把光纤焊接到固定板上的时候,可以保证有非常稳固定位精度。

金/锡合金具有非常强的抗焊点撕裂的能力,焊点可靠性相当高,不过成本也是非常高。在使用方面,焊接温度需要相当高,超过300°C-320°C。一般的线路板不可以使用,只能用陶瓷板比较合适。

所以金/锡一般作为在特殊情况下才选用的材料,当选金/锡时,考虑的是以性能为主,成本已经不再考虑了。



5.  请李博士讲解下空洞及可靠性问题

答:一般讲的焊点,空洞和可靠性的关系其实是比较含混的情形。当空洞属于比较小、量比较少的时候,空洞可能对可靠性有帮助也有可能有害处,这是为什么工业界产生了2种理论,一种是空洞可以让裂缝停下来不继续延申,从而有更高的可靠性;另一种理论是空洞本身是一个应力集中点,它是引发裂缝的来源。这两派实际上纠缠不清,争论很久,每种都有自己的证据。

因特尔公司做了一个比较深入的探索,注意到这种空洞,认为它的影响是双重性的,有时候有好处有时有害处,估计是这是空洞程度不够严重。因此特地又制造了一批焊点,它的空洞比一般制程的肯定高出很多,用于研究可靠性。发现相当明显的趋势:空洞多的焊点可靠性就越糟糕,空洞少的焊点可靠性越好。

这个是整个空洞量属于高的时候,更多的空洞会产生更糟糕的可靠性,更少的空洞可靠性更好。但是当空洞没有到达那种程度的时候,这时候就含混不清了,各种趋势都有。

至于另外空洞在晶片焊点的情形,比如IGBT,有大的焊接面,空洞的存在会让导电导热都有明显的下降,这时候空洞的影响就非常大。所以IGBT类焊点空洞越少可靠性越好。



6.低温锡膏的优势和工艺控制点 

答:低温锡膏的优缺点都非常明显。优点是具有比较低的制程温度,所以用它来做组装的话,对元器件的伤害以及累积的热伤害都会降低,但是缺点是这种低温焊接材料脆性特别大。

所以要用在可以携带的电子产品,也就是说电子产品可能掉到地上,这个时候脆性变成主要的致命点,所以如果要用低温Bi/Sn系统做组装可以携带的产品的话,必须要加上辅助材料,比如底部填充胶(underfill),或加上塑封(moding compond),它们可以把这种振动所带来的挑战给吸收掉,不至于传到具有脆性的焊点上,否则的话这种低温锡膏形成的焊点无法承受这种非常快的减速度的应力冲击。



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