热点问答李宁成博士在线答疑(八)

1. 传统锡铅合金和无铅合金中加入银的作用是什么?

答:主要作用是增强焊点强度,跟导电无关。主要机理是因为银和锡可以形成介金属颗粒,可以使焊锡晶粒细化。不管在锡铅还是无铅合金,银所扮演的角色都是因为形成锡化银的介金属颗粒,阻止锡晶粒的成长和粗话,从而维持更好的应力分布,来得到更好的热疲劳的可靠性。


2.SiP系统封装的特点和焊膏使用要怎么选择?

答:SiP封装有些可能带有几个焊盘或者几个焊点,有些可能会有相当多的小的焊点,总之SiP会包括一些相当小的器件,形成很小的架构。

因为焊点非常小所以要相当注意,在形成焊点的时候会不会因为它的间距过小以至于在焊接的时候比较容易产生锡桥,像这种在SMT组装的时候要相当关注,要怎么样去设计材料可以让它在焊接的时候减少锡桥的产生机会。

关键要尽量减少焊锡膏在回流焊过程中产生热坍塌,因为热坍塌会产生相当多的锡桥连焊的机会。减少热坍塌会在进行组装的时候增加成功机会。当前我有个专利正在审批程序中,就是通过特殊设计减少热坍塌从而改善焊点锡桥。


3. 锡银铜合金发生电迁移现象,主要是哪种元素容易迁移?

答:首先有必要确认澄清一下概念,现在讲的电迁移应该是Electro Migration(电迁移),而不是Electrochemical Migration(电化学迁移),这是两个词有时被混淆,其实完全不同的机理。

电迁移是指焊点内部的金属迁移。

电化学迁移是指焊点之间形成枝晶。

 

锡银铜电迁移属于在焊点内部发生,一般是不容易看到焊点的成分发生迁移,迁移发生的主要来源是焊盘里的元素在电流通过的电子峰作用下,迁移到焊点里面。至于焊点里面的锡银铜迁移通常是看不清楚的,真要讲的话,银本身抗拒迁移性是最大的,如果银含量大于或等于1%的话,通常对电迁移有更好的抗拒力。铜和锡电迁移速度大致上差不多。总之锡银铜合金中银的抗电迁移最佳,但是含量要在1%以上。对于焊盘,一般镍焊盘抗电迁移能力比较强,铜焊盘抗电迁移能力比较弱。焊点通过的电流密度大于10的4次方A/cm²,产生的电迁移现象就相当明显。若电流密度更低的话,如10的3次方A/cm²在很长时间的情况下,也可以产生电迁移。一般情况电流密度是要高过10的3次方A/cm²,才比较容易明显的看到电迁移现象,或者相当高的金属密度之下才会产生电迁移,就是电子峰。在电子产品的研发和设计阶段要考虑降低电子的密度从而降低电迁移。

 

电化学迁移不一样,在焊点和焊点之间发生,在线路板上有导电的离子材料,利用离子把材料从一个电极转到另一个电极,一般是金属阳离子往负极移动,到了负极变成了原子,沉积到负极上,后续会在电极的作用之下逐渐往阴极靠,后续接收的电子累积长成树枝一样,这就是电化学迁移。主要产生的机理导电的离子材料在电路中间或者两电极间才会产生电迁移。电化学迁移与材料及焊锡膏的选择关系很大。


4.  我想问下BTC元件中间接地焊盘上的气泡标准具体是多少?我们目前管控50%.研发说太大了,影响性能。气泡真的会影响产品性能吗?

答:BTC气泡目前在工业界还没有标准,暂时有的标准就是对于BGA的。BTC对于焊点空洞的宽容性比BGA还小。如果BTC空洞已经大到50%那我也认为太大了,至于说多大是可以能接受的,你可以拿BGA空洞的标准做一个比较。空洞大小标准不要超过BGA,能够比BGA更低的,随便估计一下,空洞尺寸大小不要超过BGA的大概80%,就比较保险一点。

另外,事实上空洞对于焊点可靠性影响,在这方面Intel做了比较彻底的研究,在以往空洞被工业界说可以让裂缝终止掉所以是好的,还有些说法又说空洞作为应力集中点应该是坏的。正反两面都有人讲,而且都有他们支持的数据来支持他们的论点。Intel做了更彻底的研究,就是把焊点的空洞让它恶化到比一般普通的空洞更严重,即在回流焊的时候采用更恶化的回流焊条件,让它产生更多的空洞,这种空洞Intel实验的结果就显示出来了,当你在更恶化的情况之下,空洞的数量跟可靠性是直接有关系的,空洞越多可靠性越低,这是非常明确的关系。当空洞属于一般性常见空洞,像是空洞不多不少、不大不小的情况,那空洞的影响力就非常的含混,有些好像有帮助,有些好像有坏处。所以Intel的做法就是走到更极端把这个影响力放大,之后就看得出来了空洞在严重的时候就是对焊点可靠性有坏的影响。


5. PCBA放置几个月后QFN焊点有发黑,这是什么原因?有没有什么办法可以预防?

答:焊点表面发黑主要还是因为化学反应,同时也跟材料有关系,如含银材料在架子上放置时间久跟空气中的硫产生反应,硫化银就是黑色的。这是一种焊点会发黑的情况,由于你放置环境潮湿度比较大,更容易产生上述反应。

所以要尽量保持存储放置环境干燥。如果产品上市后储存一段时间它会变黑的话,你可以加上comformal coating,这个可以帮助减少和空气中的硫产生接触反应的机会,此外没有太大的其它选择来避免发黑。

如果涂了三防漆还变黑,需要考虑更换三防漆。因为当前三防漆还是没法阻止空气中的硫化氢渗透。


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