SAC305合金焊接金属相转换之影响因素.pdf

SAC305 合金焊接金屬相合金焊接金屬相限轉換之影響因素限轉換之影響因素 合金焊接金屬相合金焊接金屬相限限轉換之影響因素轉換之影響因素 黃潤昕/廣上廠區專案室 2010/8/16 ******************************************************************** 通過本章節瞭解如下的知識 ： 1. 2 種不同的IMC 是什麼 ？各有什麼特性及差異？ 2. IMC 形成的最大影響因素是什麼？ 怎樣影響？ 3. 怎樣來計算IMC 厚成長率？ 4. 最佳的焊接條件是什麼？ 5. 阿侖尼烏斯方程式？ ********************************************************************* 關鍵字： 銅融化(Dissolution) ，銅擴散(Diffusion) ，SAC305 ，回流溫度，液相限停留時間（TAL ） ， IMC(金屬間化合物) ，阿侖尼烏斯方程式 （Arrhenius ） 梗梗 概概 梗梗 概概 隨著工業技術對電子學的依賴性越來越強 ， 對無鉛工藝可靠性的理解也變得越來越重要 。本 篇我們就對無鉛合金SAC305 的 金屬相限轉換的影響因素作一分析討論。在當今的電子工業中， SAC305 是使用最廣泛的一種焊接合金 ，怎麼更好地瞭解其長期使用的穩定性及有效性變得尤為重 要。從一些專業雜誌上報導來看 ， 研究的方向從最初的受熱老化慢慢轉移到回流過程中焊接溫度 和TAL(液態相以上的停留時間)上來 。 我們都知道 ，要使焊接牢固最重要是生成IMC 層（金屬間化合物），一般來說 ，此IMC 層包 含2 種化合物 ：一種是Cu6Sn5 （稱初始層）, 此化合物是我們需要的 ，也是形成良好焊接所必須 的；另一種是Cu3Sn （稱第二層）,此化合物是我們不希望產生的 ， 本章節我們討論的重點是怎樣 來抑製或不產生此IMC 化合物。 介介 紹紹 介介 紹紹 在無鉛剛導入的時間裏， 我們重點花時間和精力在有鉛向無鉛轉換上。自2002 年歐洲ROHS 指令限製 （包括鉛在內）幾種有害物質在電子產品上使用，對電子產品的生產造成很大的影響。我 們都知道鉛對焊接的耐久性是非常重要的，及在焊接過程中對於防止錫鬚的產生扮演非常大的作 用。 銅融化 （dissolution ）被認為是無鉛焊接研究中重要的關註點，用來描述焊接介面間合金元素的 交互作用 。在回流焊接的過程中， PCB 焊盤上的熔融焊錫使PAD 上的銅被融化 。這種現象在有 鉛製程年代是不太關註的， 因為經過幾十年的發展對於怎樣來減少銅擴散(diffusion)速度掌握了一 套行之有效的方法 。然而在無鉛製程中控製銅融化的方法仍然在評估當中 。 當熔融的焊錫與銅焊盤接觸時，銅融化開始進行，直到焊錫固化或銅全部擴散到焊錫中時停止。 純錫的擴散速度比多元合金要快。因此有許多不同的合金元素被用來開發來減少銅融化的量。合金 元素添加的目的是減緩合金中銅的擴散及金屬間化合物(IMC)形成 ，並達到抑制銅的融化速度 。銅 擴散的速度主要取決於三個因素 ：合金的化學成分，焊接溫度及焊接時間(TAL) 。焊接溫度及焊接 時間是指合金熔融狀態時的溫度及時間，焊接溫度一般比溶點溫度高出十幾度。比如工廠一般都會 設定在235oC ，而焊接時間是不少於90 秒。 銅原子從PCB 焊盤上擴散到焊點上 ，將有助於形成2種不同的金屬間化合物(IMC) 。如圖 1SnCu相限圖所示 ，形成的第一層IMC是Cu6Sn5 （ή相），這一層IMC是我們所希望得到的 ，在焊 錫與焊盤之間形成堅固耐久的合金介面 ；形成的第二層IMC是Cu3Sn (ε 相).存在於焊盤與第一層IMC 之間 ，這種IMC 具有較脆的特性 ，會減弱焊錫與銅之間的金屬接合強度。