锡膏是如何保证在沉银板焊接工艺过程中的可靠性的？

浸银是用在PCB表面处理的一种工艺，通过将焊盘浸入化银槽中进行表面镀银。采用浸银处理的PCB被称为沉银板。沉银板的生产流程大致可分为除油，水洗，微蚀，水洗，预浸，化学沉银，抗氧化，水洗和烘干。在沉银过程中，银离子会得到电子并被还原，而铜失电子并被氧化，最后银会在焊盘表面沉积形成镀银层。沉银板在微电子和半导体行业应用广泛。通常在沉银板焊盘上印刷上锡膏或将BGA球倒装在板上，沉银板最后会被送去回流。锡膏或焊料球会固化形成焊点。

 焊点一般需要有优秀的机械强度和导电性。为了了解沉银板上焊点的可靠性，Yoon和Jung选择了SnAg3.5C0.7焊料球并在250℃下回流60s制成焊点。可靠性测试内容包含了焊点老化和剪切力测试。

 焊点微观结构

在开始回流焊接后，镀银层会首先溶解在SnAg3.5C0.7焊料中，部分Cu层也溶解在熔融焊料中。溶解的Ag和Cu与焊料发生界面反应形成金属间化合物Cu6Sn5和Ag3Sn。在焊料和焊盘界面处Cu6Sn5以棒状为主，Ag3Sn形状类似板状。金属间化合物在回流时和老化过程中都会不断发展。

 
 
                                                              图1. SnAg3.5C0.7焊点金属间化合物。
 
老化测试结果

在150°C下老化24小时后，在Cu6Sn5层和Cu焊盘之间的界面处开始出现很薄的Cu3Sn层。此外，随着老化时间的增加，更多的Cu溶解到焊料中，导致Cu6Sn5和Cu3Sn层不断生长和增厚。Yoon和Jung发现当焊点老化时间增加到2400小时，Cu6Sn5和Cu3Sn层的总厚度分别约为8μm和3μm。
 

 
                                           图2. 不同老化时间的Cu6Sn5和Ag3Sn结构。左: 24小时；右: 2400小时。
 
Yoon和Jung将峰值剪切应力作为衡量焊点机械强度的标准。焊点的剪切应力在老化的最初24小时内迅速下降，随后剪切应力下降速度明显放缓。在老化500小时后，焊点剪切应力开始变得稳定。

 
                                                                               图3. 老化后焊点峰值剪切应力变化。
 
根据不同老化时间，焊点失效模式从焊料内部断裂转换为界面断裂。在老化250小时后对焊点进行剪切，发现焊点内部开始出现断裂现象。对于老化500小时或更长的焊点，在焊料/Cu6Sn5界面处发生失效。断裂的原因是由于脆性金属间化合物的过度生长。
 
BGA植球工艺可以使用锡膏来替代焊料球。通过印刷方式将锡膏涂覆在BGA焊盘上，在回流后锡膏收缩成为锡球。深圳市福英达生产的锡膏产品焊接性好，在回流时能够与沉银板的镀银层有效反应，银会迅速溶解进入焊料中并生成可靠性极高的焊点。欢迎咨询了解更多信息。

 参考文献
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.

审核编辑 黄宇