smt-第2章
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各层结晶解里面的多种情况。现将锡铜合金的两种IMC性质比较如下： 两种锡铜合金IMC的比较 命名 分子式 含锡量W％ 出现经过 位置所在 颜色 结晶 性能 表面能η…phase（Eta） Cu6Sn5 60％ 高温融锡沾焊到清洁铜面时立即生成 介于焊锡或纯锡与铜之间的介面 白色 球状 组织 良性IMC 微焊接强度之必须甚高 ε…phase（Epsilon） Cu3Sn 30％ 焊后经高温或长期老化而逐渐发生 介于Cu6Sn5与铜面之间 灰色 柱状 结晶 恶性IMC 将造成缩锡或不沾锡 较低只有Eta的一半；非常有趣的是，单纯Cu6Sn5的良性IMC，虽然分子是完全相同，但当生长环境不同时外观却极大的差异。如将清洁铜面热浸于熔融态的纯锡中，此种锡量与热量均极度充足下，所生成的Eta良性IMC之表面呈鹅卵石状。但若改成锡铅合金（63/37）之锡膏与热风再铜面上熔焊时，亦即锡量与热量不太充足之环境，居然长出另一种一短棒状的IMC外表（注意铜与铅是不会产生IMC的，且两者之对沾锡（wetting）与散锡（Spreading）的表现也截然不同。再者铜锡之IMC层一旦遭到氧化时，就会变成一种非常顽强的皮膜，即使薄到5层原子厚度的1。5nm，再猛的助焊剂也都奈何不了它。这就是为什么PTH孔口锡薄处不易吃锡的原因（C。Lea的名着A scientific Guide to SMT之P。337有极清楚的说明），故知焊点之主体焊锡层必须稍厚时，才能尽量保证焊锡性于不坠。事实上当＂沾锡＂（Wetting）之初，液锡以很小的接触角（Contact Angle）高温中迅速向外扩张（Spreading）地盘的同时，也另在地盘内的液锡和固铜之间产生交流，而向下扎根生成IMC，热力学方式之步骤，即在说明其假想动作的细节。 五、锡铜IMC的老化 由上述可知锡铜之间最先所形成的良性η…phase（Cu6Sn5），已成为良好焊接的必要条件。唯有这IMC的存在才会出现强度好的焊点。并且也清楚了解这种良好的IMC还会因铜的不断侵入而逐渐劣化，逐渐变为不良的ε…phase（Cu3Sn）。此两种IMC所构成的总厚度将因温度上升而加速长厚，且与时俱增。下表3。即为各种状况下所测得的IMC总厚度。凡其总IMC厚度愈厚者，对以后再进行焊接时之焊锡性也愈差。 表3。 不铜温度中锡铜IMC之不同厚度 所处状况 IMC厚度（mils） 熔锡板（指炸油或IR） 0。03~0。04 喷锡板 0。02~0。037 170℃中烤24小时 0。22以上 125℃中烤24小时 0。046 70℃中烤24小时 0。017 70℃中存贮40天 0。05 30℃中存贮2年 0。05 20℃中存贮5年 0。05 组装之单次焊接后 0。01~0。02 图12。 锡铜IMC的老化增厚，除与时间的平方根成比例关系外，并受到环境温度的强烈影响，在斜率上有很大的改变。 在IMC老化过程中，原来锡铅层中的锡份不断的输出，用与底材铜共组成合金共化物，因而使得原来镀锡铅或喷锡铅层中的锡份逐渐减少，进而造成铅份在比例上的不断增加。一旦当IMC的总厚度成长到达整个锡铅层的一半时，其含锡量也将由原来的60％而降到40％，此时其沾锡性的恶化当然就不言而喻。并由底材铜份的无限量供应，但表层皮膜中的锡量却愈来愈少，因而愈往后来所形成的IMC，将愈趋向恶性的Cu3Sn。 且请务必注意，一旦环境超过60℃时，即使新生成的Cu6Sn5也开始转变长出Cu3Sn来。 一旦这种不良的ε…phase成了气候，则焊点主体中之锡不断往介面溜走，致使整个主体皮膜中的铅量比例增加，后续的焊接将会呈现缩锡（Dewetting）的场面。这种不归路的恶化情形，又将随着原始锡铅皮膜层的厚薄而有所不同，越薄者还会受到空气中氧气的助虐，使得劣化情形越快。故为了免遭此一额外的苦难，一般规范都要求锡铅皮膜层至少都要在0。3mil以上。 老化後的锡铅皮膜，除了不良的IMC及表面能太低，而导致缩锡的效应外，镀铜层中的杂质如氧化物、有机光泽剂等共镀物，以及锡铅镀层中有机物或其它杂质等，也都会朝向IMC处移动集中，而使得缩锡现象雪上加霜更形恶化。 从许多种前人的试验及报告文献中，可知有三种加速老化的模式，可以类比出上述两种焊锡性劣化及缩锡现象的试验如下︰ ◎ 在高温饱和水蒸气中曝置1~24小时。 ◎ 在125~150℃的乾烤箱中放置4~16小时。 ◎ 在高温水蒸气加氧气的环境中放置1小时；之後仅在水蒸气中放置24小时；再另於155℃的乾烤箱中放置4小时；及在40℃，90~95％RH环境中放置10天。如此之连续折腾 约等於1年时间的自然老化。 在经此等高温高湿的老化条件下，锡铅皮膜表面及与铜之介面上会出现氧化、腐蚀，及锡原子耗失（Depletion）等，皆将造成焊锡性的劣化。 六、锡金IMC 焊锡与金层之间的IMC生长比铜锡合金快了很多，由先后出现的顺序所得的分子式有AuSn ，AuSn2，AuSn4等。在150℃中老化300小时后，其IMC居然可增长到50μm（或2mil）之厚。因而镀金零件脚经过焊锡之后，其焊点将因IMC的生成太快，而变的强度减弱脆性增大。幸好仍被大量柔软的焊锡所包围，故内中缺点尚不曝露出来。又若当金层很薄时，例如是把薄金层镀在铜面上再去焊锡，则其焊点强度也很快就会变差，其劣化程度可由耐疲劳强度试验周期数之减少而清楚得知。 曾有人故意以热压打线法（Thermo…pression，注意所用温度需低于锡铅之熔点）将金线压入焊锡中，于是黄金就开始向四周的焊锡中扩散，逐渐形成如图中白色散开的IMC。该金线原来的直径为45μm，经155℃中老化460小时后，竟然完全消耗殆尽，其效应实在相当惊人。但若将金层镀在镍面上，或在焊锡中故意加入少许的铟，即可大大减缓这种黄金扩散速度达5倍之多。 七、锡银IMC 锡与银也会迅速的形成介面合金共化物Ag3Sn，使得许多镀银的零件脚在焊锡之后，很快就会发生 银份流失而进入焊锡之中，使得银脚焊点的结构强度迅速恶化，特称为＂渗银Silver leaching＂。此种焊后可靠性的问题，曾在许多以钯层及银层为导体的“厚膜技术＂（Thick Film Technology）中发生过，SMT中也不乏前例。若另将锡铅共融合金比例63/37的焊锡成分，予以小幅的改变而加入2％的银，使成为62/36/2的比例时，即可减轻或避免发生此一＂渗银＂现象，其焊点不牢的烦恼也可为之舒缓。最近兴起的铜垫浸银处理（Immersion Silver），其有机银层极薄仅4…6μm而已，故在焊接的瞬间，银很快就熔入焊锡主体中，最后焊点构成之IMC层仍为铜锡的Cu6Sn5，故知银层的功用只是在保护铜面而不被氧化而已，与有机护铜剂（OSP）之Enetk极为类似，实际上银本身并未参加焊接。 八、锡镍IMC 电子零件之接脚为了机械强度起见，常用黄铜代替纯铜当成底材。但因黄铜中含有多量的锌，对于焊锡性会有很大的妨碍，故必须先行镀镍当成屏障（Barrier）层，才能完成焊接的任务。事实上这只是在焊接的瞬间，先暂时达到消灾避祸的目的而已。因不久后镍与锡之间仍也会出现IMC，对焊点强度还是有不良的影响。 表4。 各种IMC在扩散系数与活化能方面的比较 System Intermetallic pounds Diffusion Coefficient（m2/s） Activation Energy（J/mol） Cu…Sn Cu6Sn5，Cu3Sn 1×106 80；000 Ni…Sn Ni3Sn2，Ni3Sn4，Ni3Sn7 2×107 68；000 Au…Sn AuSn，AuSn2 AuSn 3×104 73；000 Fe…Sn FeSnFeSn2 2×109 62；000 Ag…Sn Ag3Sn 8×109 64；000 在一般常温下锡与镍所生成的IMC，其生长速度与锡铜IMC相差很有限。但在高温下却比锡铜合金要慢了很多，故可当成铜与锡或金之间的阻隔层（Barrier Layer）。而且当环境温度不同时，其IMC的外观及组成也各不相同。此种具脆性的IMC接近镍面者之分子视为Ni3Sn4，接近锡面者则甚为分歧难以找出通式，一般以NiSn3为代表。根据一些实验数据，后者生长的速度约为前者的三倍。又因镍在空气非常容易钝化（Passivation），对焊锡性也会出现极其不利的影响，故一般在镍外表还要镀一层纯锡，以提高焊锡性。若做为接触（Contact）导电用途时，则也可镀金或银。 九、结论 各种待焊表面其焊锡性的劣化，以及焊点强度的减弱，都是一种自然现象。正如同有情世界的生老病死及无情世界的颓蚀风化一样均迟早发生，无法避免。了解发生的原因与过程之后，若可找出改善之道以延长其使用年限，即为上上之策矣。
＇编辑本段＇SMT常用知识简介
1 一般来说；SMT车间规定的温度为23±3℃。 2。 锡膏印刷时；所需准备的材料及工具锡膏、钢板、刮刀、擦拭纸、无尘纸、清洗剂、搅拌刀。 3。 一般常用的锡膏合金成份为Sn/Pb合金；且合金比例为63/37。 4。 锡膏中主要成份分为两大部分锡粉和助焊剂。 5。 助焊剂在焊接中的主要作用是去除氧化物、破坏融锡表面张力、防止再度氧化。 6。 锡膏中锡粉颗粒与Flux（助焊剂）的体积之比约为1：1； 重量之比约为9：1。 7。 锡膏的取用原则是先进先出。 8。 锡膏在开封使用时；须经过两个重要的过程回温、搅拌。 9。 钢板常见的制作方法为：蚀刻、激光、电铸。 10。 SMT的全称是Surface mount（或mounting） technology；中文意思为表面粘着（或贴装）技术。 11。 ESD的全称是Electro…static discharge； 中文意思为静电放电。 12。 制作SMT设备程序时； 程序中包括五大部分； 此五部分为基板数据； 贴片数据； 上料数据； 元件数据； 吸取数据；图像数据。 13。 无铅焊锡Sn/Ag/Cu 96。5/3。0/0。5的熔点为 217℃~220℃ 14。 零件干燥箱的管制相对温湿度为 《 10％。 15。 常用的被动元器件（Passive Devices）有：电阻、电容、点感（或二极体）等；主动元器件（Active Devices）有：电晶体、IC等。 16。 常用的SMT钢板的材质为不锈钢。 17。 常用的SMT钢板的厚度：0。15mm 0。12mm 0。13mm 0。10mm 。 18。 静电电荷产生的种类有摩擦、分离、感应、静电传导等；静电电荷对电子工业的影响为：ESD失效、静电污染；静电消除的三种原理为静电中和、接地、屏蔽。 19。 英制尺寸长x宽0603=0。06inch*0。03inch，公制尺寸长x宽3216=3。2mm*1。6mm。 20。 排阻ERB…05604…J81第8码“4”表示为4个回路；阻值为56欧姆。电容ECA…0105Y…M31容值为C=106PF=1NF =1X10…6F。 21。 ECN中文全称为：工程变更通知单；SWR中文全称为：特殊需求工作单，必须由各相关部门会签； 文件中心分发； 方为有效。 22。 5S的具体内容为整理、整顿、清扫、清洁、素养。 23。 PCB真空包装的目的是防尘及防潮。 24。 品质政策为：全面品管、贯彻制度、提供客户需求的品质；全员参与、及时处理、以达成零缺点的目标。 25。 品质三不政策为：不接受不良品、
