印制电路板铜面保护层对无铅焊点结构影响(下)

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　　对不同保护层焊接样品,采用深腐蚀处理,把覆盖在铜面上的锡合金腐蚀掉, SEM观察显示出卵石形颗粒形貌如图2所示,能谱测试显示,这些颗粒是Cu6 Sn5相,这与有铅焊相类似。但统计分析表明,采用有机保护层后,焊点中Cu6 Sn5相颗粒的平均直径达2. 696μm,比采用浸银层焊点中颗粒的平均直径(平均为1. 945μm)提高了30 %。

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　　图2铜面上Cu6 Sn5相形貌

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　　焊点切片试验后,扫描电镜分析显示,焊点中均存在薄片状或树枝状Ag3 Sn如图3所示。薄片状Ag3 Sn主要在焊接界面层上形核长大,但浸银层焊接界面层上出现大量的薄片状Ag3 Sn如图3 ( c)、图3 ( d)所示。这表明在浸银保护的焊接界面层上,Ag3 Sn更易于非均匀形核长大。能谱分析显示焊接界面层由金属间化合物( IMC) Cu6 Sn5相以及Cu3 Sn组成,采用有机保护层的焊接界面层厚度平均为10μm,明显高于浸银层焊接界面层厚度(平均为5μm)。另外分析也显示,在有机保护层焊接界面上有气孔产生如图3 ( a)、图3 ( b)所示,这进一步证实了断口观察的结果。

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　　图3焊点切片结构扫描电镜图

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　　印制电路板通过回流焊炉后,在高温的作用下,有机保护层发生分解,锡银铜合金熔化并与铜面发生反应生成Cu6 Sn5 ,随着反应的进行,铜面上的Cu与锡银铜合金中的Sn进一步发生互扩散,使得靠近铜面上的Cu6 Sn5相化学成分发生变化并最终形成Cu3 Sn相,而靠近焊点端的Cu6 Sn5相进一步长大。当保护层为浸银层时,由于Ag的阻挡作用,铜面上的Cu与锡银铜合金中的Sn的相互扩散速度减小,Cu6 Sn5相长大速度降低,界面层的厚度增长速度也就相应地降低;另外,由于铜面上的Ag在经过回流焊炉时发生熔化并附着在某些Cu6 Sn5相上,这些表面含Ag的Cu6 Sn5相成为非均匀形核点,随着反应的进行,非均匀形核点中的Cu向外扩散,而焊点中的Ag、Sn向焊点中的形核点扩散,最终形成Ag3 Sn相并进一步长大如图3 ( d)所示,至于Ag3 Sn相成片状长大可能是由于Ag3 Sn相具有特定的惯习面,这些惯习面具有形核能低的特点,易于使Ag3 Sn沿着惯习面长大。

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　　3结论

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　　印制电路板铜面保护层对无铅焊点的结构产生了影响。采用有机保护层的无铅焊点中气孔大小与数量明显超过浸银层。有机保护层保护的焊点主要在靠近铜面处断裂。界面分析显示采用有机层保护的焊界面层厚度超过了浸银层焊点。采用浸银层的焊接界面上有大量的薄片状Ag3 Sn金属间化合物,这种化合物成薄片状生长。