浸銀是用在PCB表面處理的一種工藝，通過將焊盤浸入化銀槽中進(jìn)行表面鍍銀。采用浸銀處理的PCB被稱為沉銀板。沉銀板的生產(chǎn)流程大致可分為除油，水洗，微蝕，水洗，預(yù)浸，化學(xué)沉銀，抗氧化，水洗和烘干。在沉銀過程中，銀離子會得到電子并被還原，而銅失電子并被氧化，最后銀會在焊盤表面沉積形成鍍銀層。沉銀板在微電子和半導(dǎo)體行業(yè)應(yīng)用廣泛。通常在沉銀板焊盤上印刷上錫膏或?qū)GA球倒裝在板上，沉銀板最后會被送去回流。錫膏或焊料球會固化形成焊點(diǎn)。

焊點(diǎn)一般需要有優(yōu)秀的機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)電性。為了了解沉銀板上焊點(diǎn)的可靠性，Yoon和Jung選擇了SnAg3.5C0.7焊料球并在250℃下回流60s制成焊點(diǎn)。可靠性測試內(nèi)容包含了焊點(diǎn)老化和剪切力測試。

焊點(diǎn)微觀結(jié)構(gòu)

在開始回流焊接后，鍍銀層會首先溶解在SnAg3.5C0.7焊料中，部分Cu層也溶解在熔融焊料中。溶解的Ag和Cu與焊料發(fā)生界面反應(yīng)形成金屬間化合物Cu6Sn5和Ag3Sn。在焊料和焊盤界面處Cu6Sn5以棒狀為主，Ag3Sn形狀類似板狀。金屬間化合物在回流時和老化過程中都會不斷發(fā)展。

圖1. SnAg3.5C0.7焊點(diǎn)金屬間化合物。

老化測試結(jié)果

在150°C下老化24小時后，在Cu6Sn5層和Cu焊盤之間的界面處開始出現(xiàn)很薄的Cu3Sn層。此外，隨著老化時間的增加，更多的Cu溶解到焊料中，導(dǎo)致Cu6Sn5和Cu3Sn層不斷生長和增厚。Yoon和Jung發(fā)現(xiàn)當(dāng)焊點(diǎn)老化時間增加到2400小時，Cu6Sn5和Cu3Sn層的總厚度分別約為8μm和3μm。

圖2. 不同老化時間的Cu6Sn5和Ag3Sn結(jié)構(gòu)。左: 24小時；右: 2400小時。

Yoon和Jung將峰值剪切應(yīng)力作為衡量焊點(diǎn)機(jī)械強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)。焊點(diǎn)的剪切應(yīng)力在老化的最初24小時內(nèi)迅速下降，隨后剪切應(yīng)力下降速度明顯放緩。在老化500小時后，焊點(diǎn)剪切應(yīng)力開始變得穩(wěn)定。

圖3. 老化后焊點(diǎn)峰值剪切應(yīng)力變化。

根據(jù)不同老化時間，焊點(diǎn)失效模式從焊料內(nèi)部斷裂轉(zhuǎn)換為界面斷裂。在老化250小時后對焊點(diǎn)進(jìn)行剪切，發(fā)現(xiàn)焊點(diǎn)內(nèi)部開始出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。對于老化500小時或更長的焊點(diǎn)，在焊料/Cu6Sn5界面處發(fā)生失效。斷裂的原因是由于脆性金屬間化合物的過度生長。

BGA植球工藝可以使用錫膏來替代焊料球。通過印刷方式將錫膏涂覆在BGA焊盤上，在回流后錫膏收縮成為錫球。深圳市福英達(dá)生產(chǎn)的錫膏產(chǎn)品焊接性好，在回流時能夠與沉銀板的鍍銀層有效反應(yīng)，銀會迅速溶解進(jìn)入焊料中并生成可靠性極高的焊點(diǎn)。歡迎咨詢了解更多信息。

參考文獻(xiàn)
Yoon, J.W. & Jung, S.B. (2008). Effect of immersion Ag surface finish on interfacial reaction and mechanical reliability of Sn–3.5Ag–0.7Cu solder joint. Journal of Alloys and Compounds, vol.458(1-2), pp.200-207.

審核編輯 黃宇