BGA錫膏焊點(diǎn)高度對(duì)固液擴(kuò)散的影響-深圳福英達(dá)
BGA錫膏焊點(diǎn)高度對(duì)固液擴(kuò)散的影響-深圳福英達(dá)
在SMT和BGA作業(yè)中大多數(shù)情況都要用到錫膏作為連接芯片和基板。再完成回流焊接后，錫膏會(huì)固化成為堅(jiān)固的導(dǎo)電性?xún)?yōu)秀的焊點(diǎn)。焊點(diǎn)的性質(zhì)決定了焊接強(qiáng)度等性能是否能夠滿(mǎn)足需求。固液界面擴(kuò)散是在回流時(shí)發(fā)生的一種機(jī)制。銅焊盤(pán)原子會(huì)溶解進(jìn)入焊料中并形成特定金屬間化合物(IMC)。焊點(diǎn)界面IMC的演變?cè)诶匣^(guò)程中具有幾何尺寸效應(yīng)。界面擴(kuò)散的尺寸效應(yīng)主要集中在焊點(diǎn)體積和焊盤(pán)金屬化層厚度對(duì)界面擴(kuò)散的影響。為了深入了解焊點(diǎn)高度對(duì)固液擴(kuò)散的影響。Li等人測(cè)試了不同高度的SAC305焊點(diǎn)與對(duì)固液界面擴(kuò)散的影響。
圖1. 用于測(cè)試的焊點(diǎn)。H300: 高度300μm；H420: 高度420μm；H520: 高度520μm
實(shí)驗(yàn)結(jié)果
在230℃下老化0.5小時(shí)后，H300，H400和H520焊點(diǎn)的IMC厚度分別為6.419μm，7.358μm和8.294μm，對(duì)應(yīng)的銅焊盤(pán)消耗量分別為3.691μm，4.069μm和4.553μm。可以看到焊點(diǎn)高度越高，IMC厚度越大，銅原子消耗越多。
在張力作用下原子擴(kuò)散的速度會(huì)更快。由于H300在回流時(shí)處于受壓狀態(tài)，而H400和H520受到張力作用，且焊點(diǎn)高度越高則張力作用越明顯。 因此H520焊點(diǎn)中Cu原子從焊盤(pán)擴(kuò)散到焊料的速度最快，界面IMC厚度最大。
圖2. 不同高度焊點(diǎn)的IMC厚度。
在230℃熱老化0.5h時(shí)，Cu6Sn5仍保持為固態(tài)（Cu6Sn5的熔點(diǎn)為415℃）。 因此，Cu 和 Sn 原子將在較高的焊點(diǎn)的 IMC 層上經(jīng)歷更長(zhǎng)距離的固體擴(kuò)散。 由于擴(kuò)散距離變長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)相同的擴(kuò)散時(shí)間后，在高度更高的SAC305焊點(diǎn)中完成擴(kuò)散的 Cu 和 Sn 原子更少。此外，由于焊點(diǎn)高度增加而導(dǎo)致焊料的Cu原子更多，使得高焊點(diǎn)的焊盤(pán)與焊料之間的濃度梯度較小，原子擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)力降低。因此界面IMC層生長(zhǎng)速率和Cu焊盤(pán)消耗速率隨著焊點(diǎn)高度的增加而降低。
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參考文獻(xiàn)
Li, X.M., Wang, L.P., Li, X.W., Li, C., Sun, F.L., Meng, L., Zhu, L. & Li, M. (2022). The effects of solder joint height on the solid–liquid interface diffusion in micro solder joints. Materials Letters. vol. 316.
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