【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 　　104. 制程中因印刷不良造成短路的原因：a. 錫膏金屬含量不夠，造成錫量過(guò)多c. 鋼板品質(zhì)不佳，下錫不良，降低刮刀壓力，采用適當(dāng)?shù)腣ACCUM和SOLVENT 　　:；工程目的：錫膏中容劑揮發(fā)。；工程目的：助焊劑活化，去除氧化物；蒸發(fā)多余水份。；工程目的：焊錫熔融。；工程目的：合金焊點(diǎn)形成，零件腳與焊盤(pán)接為一體。 　　106. SMT制程中，錫珠產(chǎn)生的主要原因：PCB PAD設(shè)計(jì)不良、鋼板開(kāi)孔設(shè)計(jì)不良、置件深度或置件壓力過(guò)大、Profile曲線(xiàn)上升斜率過(guò)大，錫膏坍塌、錫膏粘度過(guò)低。 SMT 之 IMC簡(jiǎn)介　　IMC系Intermetallic pound 之縮寫(xiě)，筆者將之譯為＂介面合金共化物＂。廣義上說(shuō)是指某些金屬相互緊密接觸之介面間，會(huì)產(chǎn)生一種原子遷移互動(dòng)的行為，組成一層類(lèi)似合金的＂化合物＂，并可寫(xiě)出分子式。在焊接領(lǐng)域的狹義上是指銅錫、金錫、鎳錫及銀錫之間的共化物。其中尤以銅錫間之良性Cu6Sn5(Eta Phase)及惡性Cu3Sn(Epsilon Phase)最為常見(jiàn)，對(duì)焊錫性及焊點(diǎn)可靠度(即焊點(diǎn)強(qiáng)度)兩者影響最大，特整理多篇論文之精華以詮釋之 定義　　能夠被錫鉛合金焊料(或稱(chēng)焊錫Solder)所焊接的金屬，如銅、鎳、金、銀等，其焊錫與被焊盤(pán)金屬之間，在高溫中會(huì)快速形成一薄層類(lèi)似＂錫合金＂的化合物。此物起源于錫原子及被焊金屬原子之相互結(jié)合、滲入、遷移、及擴(kuò)散等動(dòng)作，而在冷卻固化之后立即出現(xiàn)一層薄薄的＂共化物＂，且事后還會(huì)逐漸成長(zhǎng)增厚。此類(lèi)物質(zhì)其老化程度受到錫原子與底金屬原子互相滲入的多少，而又可分出好幾道層次來(lái)。這種由焊錫與其被焊金屬介面之間所形成的各種共合物，統(tǒng)稱(chēng)Intermetallic Compound 簡(jiǎn)稱(chēng)IMC，本文中僅討論含錫的IMC，將不深入涉及其他的IMC。 一般性質(zhì)　　由于IMC曾是一種可以寫(xiě)出分子式的＂準(zhǔn)化合物＂，故其性質(zhì)與原來(lái)的金屬已大不相同，對(duì)整體焊點(diǎn)強(qiáng)度也有不同程度的影響，首先將其特性簡(jiǎn)述于下： 　　◎ IMC在PCB高溫焊接或錫鉛重熔(即熔錫板或噴錫)時(shí)才會(huì)發(fā)生，有一定的組成及晶體結(jié)構(gòu)，且其生長(zhǎng)速度與溫度成正比，常溫中較慢。一直到出現(xiàn)全鉛的阻絕層(Barrier)才會(huì)停止(見(jiàn)圖六)。 　　◎ IMC本身具有不良的脆性，將會(huì)損及焊點(diǎn)之機(jī)械強(qiáng)度及壽命，其中尤其對(duì)抗勞強(qiáng)度(Fatigue Strength)危害最烈，且其熔點(diǎn)也較金屬要高。 　　◎ 由于焊錫在介面附近得錫原子會(huì)逐漸移走，而與被焊金屬組成IMC，使得該處的錫量減少，相對(duì)的使得鉛量之比例增加，以致使焊點(diǎn)展性增大(Ductillity)及固著強(qiáng)度降低，久之甚至帶來(lái)整個(gè)焊錫體的松弛。 　　◎ 一旦焊墊商原有的熔錫層或噴錫層，其與底銅之間已出現(xiàn)＂較厚＂間距過(guò)小的IMC后，對(duì)該焊墊以后再續(xù)作焊接時(shí)會(huì)有很大的妨礙；也就是在焊錫性(Solderability)或沾錫性(Wettability)上都將會(huì)出現(xiàn)劣化的情形。 　　◎ 焊點(diǎn)中由于錫銅結(jié)晶或錫銀結(jié)晶的滲入，使得該焊錫本身的硬度也隨之增加，久之會(huì)有脆化的麻煩。 　　◎ IMC會(huì)隨時(shí)老化而逐漸增厚，通常其已長(zhǎng)成的厚度，與時(shí)間大約形成拋物線(xiàn)的關(guān)系，即： 　　δ＝k √t， 　　k＝k exp(－Q/RT) 　　δ表示t時(shí)間后IMC已成長(zhǎng)的厚度。 　　K表示在某一溫度下IMC 　　的生長(zhǎng)常數(shù)。 　　T表示絕對(duì)溫度。 　　R表示氣體常數(shù)， 　　 J/mole。 　　Q表示IMC生長(zhǎng)的活化能。 　　K＝IMC對(duì)時(shí)間的生長(zhǎng)常數(shù)， 　　以nm / √秒或μm / √日( 　　1μm / √日＝ / √秒。 　　現(xiàn)將四種常見(jiàn)含錫的IMC在不同溫度下，其生長(zhǎng)速度比較在下表的數(shù)字中： 　　表1 各種IMC在不同溫度中之生長(zhǎng)速度(nm / √s) 　　金屬介面 20℃ 100℃ 135℃ 150℃ 170℃ 　　1. 錫 / 金 40 　　2. 錫 / 銀 1735 　　3. 錫 / 鎳 1 5 　　4. 錫 / 銅 10 　　[注] 在170℃高溫中銅面上，各種含錫合金IMC層的生長(zhǎng)速率，也有所不同；如熱浸錫鉛為 　　5nm/s，(以下單位相同)，錫鉛比30/，錫鉛比70/，其中以最后之光澤鍍錫情況較好。焊錫性與表面能　　若純就可被焊接之金屬而言，影響其焊錫性(Solderability)好壞的機(jī)理作用甚多，其中要點(diǎn)之一就是＂表面自由能＂(Surface Free Energy，簡(jiǎn)稱(chēng)時(shí)可省掉Free)的大小。也就是說(shuō)可焊與否將取決于： 　　(1) 被焊底金屬表面之表面能(Surface Energy)， 　　(2) 焊錫焊料本身的＂表面能＂等二者而定。 　　凡底金屬之表面能大于焊錫本身之表面能時(shí)，則其沾錫性會(huì)非常好，反之則沾錫性會(huì)變差。也就是說(shuō)當(dāng)?shù)捉饘僦砻婺軠p掉焊錫表面能而得到負(fù)值時(shí)，將出現(xiàn)縮錫(Dewetting)，負(fù)值愈大則焊錫愈差，甚至造成不沾錫(NonWetting)的惡劣地步。 　　新鮮的銅面在真空中測(cè)到的＂表面能＂約為1265達(dá)因/公分，63/37的焊錫加熱到共熔點(diǎn)(Eutectic Point 183℃)并在助焊劑的協(xié)助下，其表面能只得380達(dá)因/公分，若將二者焊一起時(shí)，其沾錫性將非常良好。然而若將上述新鮮潔凈的銅面刻意放在空氣中經(jīng)歷2小時(shí)后，其表面能將會(huì)遽降到25達(dá)因/公分，與380相減不但是負(fù)值(355)，而且相去甚遠(yuǎn)，焊錫自然不會(huì)好。因此必須要靠強(qiáng)力的助焊劑除去銅面的氧化物，使之再活化及表面能之再次提高，并超過(guò)焊錫本身的表面能時(shí)，焊錫性才會(huì)有良好的成績(jī)。 錫銅介面合金共化物的生成與老化　　當(dāng)熔融態(tài)的焊錫落在潔銅面的瞬間，將會(huì)立即發(fā)生沾錫(Wetting俗稱(chēng)吃錫)的焊接動(dòng)作。此時(shí)也立即會(huì)有錫原子擴(kuò)散(Diffuse)到銅層中去，而銅原子也同時(shí)會(huì)擴(kuò)散進(jìn)入焊錫中，二者在交接口上形成良性且必須者Cu6Sn5的IMC，稱(chēng)為ηphase(讀做Eta相)，此種新生＂準(zhǔn)化合物＂中含錫之重量比約占60%。若以少量的銅面與多量焊錫遭遇時(shí)，只需35秒鐘其IMC即可成長(zhǎng)到平衡狀態(tài)的原度，如240℃℃。然而在此交會(huì)互熔的同時(shí)，底銅也會(huì)有一部份熔進(jìn)液錫的主體錫池中，形成負(fù)面的污染。 　　(a) 最初狀態(tài)：當(dāng)焊錫著落在清潔的銅面上將立即有ηphase Cu6Sn5生成，即圖中之(2)部分。 　　(b) 錫份滲耗期：焊錫層中的錫份會(huì)不斷的流失而滲向IMC去組新的Cu6Sn5，而同時(shí)銅份也會(huì)逐漸滲向原有的ηphase層次中而去組成新的Cu3Sn，即圖中之(5)。此時(shí)焊錫中之錫量將減少，使得鉛量在比例上有所增加，若于其外表欲再行焊接時(shí)將會(huì)發(fā)生縮錫。 　　(c) 多鉛之阻絕層：當(dāng)焊錫層中的錫份不斷滲走再去組成更厚的IMC時(shí)，逐漸使得本身的含鉛比例增加，最后終于在全鉛層的擋路下阻絕了錫份的滲移。 　　(d) IMC的曝露：由于錫份的流失，造成焊錫層的松散不堪而露出IMC底層，而終致到達(dá)不沾錫的下場(chǎng)(Nonwetting)。 　　高溫作業(yè)后經(jīng)長(zhǎng)時(shí)老化的過(guò)程中，在Etaphase良性IMC與銅底材之間，又會(huì)因銅量的不斷滲入Cu6Sn5中，而逐漸使其局部組成改變?yōu)镃u3Sn的惡性εphase(又讀做Epsilon相)。其中銅量將由早先ηphase的40%增加到εphase的66%。此種老化劣化之現(xiàn)象，隨著時(shí)間之延長(zhǎng)及溫度之上升而加劇，且溫度的影響尤其強(qiáng)烈。由前述＂表面能＂的觀(guān)點(diǎn)可看出，這種含銅量甚高的惡性εphase，其表面能的數(shù)字極低，只有良性ηphase的一半。因而Cu3Sn是一種對(duì)焊錫性頗有妨礙的IMC。 　　然而早先出現(xiàn)的良性ηphase Cu6Sn5， 卻是良好焊錫性必須的條件。沒(méi)有這種良性Eta相的存在，就根本不可能完成良好的沾錫，也無(wú)法正確的焊牢。換言之，必需要在銅面上首先生成Etaphase的IMC，其焊點(diǎn)才有強(qiáng)度。否則焊錫只是在附著的狀態(tài)下暫時(shí)冷卻固化在銅面上而已，這種焊點(diǎn)就如同大樹(shù)沒(méi)有根一樣，毫無(wú)強(qiáng)度可言。錫銅合金的兩種IMC在物理結(jié)構(gòu)上也不相同。其中惡性的εphase(Cu3Sn)常呈現(xiàn)柱狀結(jié)晶(Columnar Structure)，而良性的ηphase(Cu6Sn5)卻是一種球狀組織(Globular)。下圖8此為一銅箔上的焊錫經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間老化后，再將其彎折磨平拋光以及微蝕后，這在SEM2500倍下所攝得的微切片實(shí)像，兩IMC的組織皆清晰可見(jiàn)，二者之硬度皆在500微硬度單位左右。 　　在IMC的增厚過(guò)程中，其結(jié)晶粒子(Grains)也會(huì)隨時(shí)在變化。由于粒度的變化變形，使得在切片畫(huà)面中量測(cè)厚度也變得比較困難。一般切片到達(dá)最后拋光完成后，可使用專(zhuān)門(mén)的微蝕液(NaOH 　　50/gl，加1，2Nitrphenol 35ml/l，70℃下操作)，并在超聲波協(xié)助下，使其能咬出清晰的IMC層次，而看到各層結(jié)晶解里面的多種情況?，F(xiàn)將錫銅合金的兩種IMC性質(zhì)比較如下： 兩種錫銅合金IMC的比較　　命名 分子式 含錫量W% 出現(xiàn)經(jīng)過(guò) 位置所在 顏色 結(jié)晶 性能 表面能ηphase(Eta) Cu6Sn5 60% 高溫融錫沾焊到清潔銅面時(shí)立即生成 介于焊錫或純錫與銅之間的介面 　　白色 球狀 　　組織 　　良性IMC 　　微焊接強(qiáng)度之必須甚高 　　εphase(Epsilon) Cu3Sn 30% 焊后經(jīng)高溫或長(zhǎng)期老化而逐漸發(fā)生 　　介于Cu6Sn5與銅面之間 　　灰色 柱狀 　　結(jié)晶 　　惡性IMC 　　將造成縮錫或不沾錫 較低只有Eta的一半,非常有趣的是，單純Cu6Sn5的良性IMC，雖然分子是完全相同，但當(dāng)生長(zhǎng)環(huán)境不同時(shí)外觀(guān)卻極大的差異。如將清潔銅面熱浸于熔融態(tài)的純錫中，此種錫量與熱量均極度充足下，所生成的Eta良性IMC之表面呈鵝卵石狀。但若改成錫鉛合金(63/37)之錫膏與熱風(fēng)再銅面上熔焊時(shí)，亦即錫量與熱量不太充足之環(huán)境，居然長(zhǎng)出另一種一短棒狀的IMC外表(注意銅與鉛是不會(huì)產(chǎn)生IMC的，且兩者之對(duì)沾錫(wetting)與散錫(Spreading)的表現(xiàn)也截然不同。再者銅錫之IMC層一旦遭到氧化時(shí)，就會(huì)變成一種非常頑強(qiáng)的皮膜，再猛的助焊劑也都奈何不了它。這就是為什么PTH孔口錫薄處不