BGA錫膏焊點高度對固液擴散的影響-深圳福英達
BGA錫膏焊點高度對固液擴散的影響-深圳福英達
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，錫膏會固化成為堅固的導(dǎo)電性優(yōu)秀的焊點。焊點的性質(zhì)決定了焊接強度等性能是否能夠滿足需求。固液界面擴散是在回流時發(fā)生的一種機制。銅焊盤原子會溶解進入焊料中并形成特定金屬間化合物(IMC)。焊點界面IMC的演變在老化過程中具有幾何尺寸效應(yīng)。界面擴散的尺寸效應(yīng)主要集中在焊點體積和焊盤金屬化層厚度對界面擴散的影響。為了深入了解焊點高度對固液擴散的影響。Li等人測試了不同高度的SAC305焊點與對固液界面擴散的影響。
圖1. 用于測試的焊點。H300: 高度300μm；H420: 高度420μm；H520: 高度520μm
實驗結(jié)果
在230℃下老化0.5小時后，H300，H400和H520焊點的IMC厚度分別為6.419μm，7.358μm和8.294μm，對應(yīng)的銅焊盤消耗量分別為3.691μm，4.069μm和4.553μm。可以看到焊點高度越高，IMC厚度越大，銅原子消耗越多。
在張力作用下原子擴散的速度會更快。由于H300在回流時處于受壓狀態(tài)，而H400和H520受到張力作用，且焊點高度越高則張力作用越明顯。 因此H520焊點中Cu原子從焊盤擴散到焊料的速度最快，界面IMC厚度最大。
圖2. 不同高度焊點的IMC厚度。
在230℃熱老化0.5h時，Cu6Sn5仍保持為固態(tài)（Cu6Sn5的熔點為415℃）。 因此，Cu 和 Sn 原子將在較高的焊點的 IMC 層上經(jīng)歷更長距離的固體擴散。 由于擴散距離變長，經(jīng)過相同的擴散時間后，在高度更高的SAC305焊點中完成擴散的 Cu 和 Sn 原子更少。此外，由于焊點高度增加而導(dǎo)致焊料的Cu原子更多，使得高焊點的焊盤與焊料之間的濃度梯度較小，原子擴散驅(qū)動力降低。因此界面IMC層生長速率和Cu焊盤消耗速率隨著焊點高度的增加而降低。
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參考文獻
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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