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富锡无铅合金表面的锡须生长

类别:行业新闻 发布时间:2018-04-09 09:50:34 关键词:铅焊锡,无铅焊锡,锡环

  焊接是目前所知道的人类使用的最古老工艺之一。焊点是在被焊金属元素和焊料之间产生金属键合而形成的。在二十世纪,最受欢迎的焊料是Pb37Sn63共晶焊锡。从2006年7月起,随着欧盟的RoHS条例生效,在焊接中禁止使用铅。实际上,大部分无铅合金是锡基材料,它的成份中包含银、铜,并且添加少量的镍(Ni)、钴(Co)、 锗(Ge )或锑(Sb)。富锡无铅焊料的引入再度令人担忧锡须现象。长期以来,由于焊锡添加铅的缘故,生长锡须的现象一直抑制得很好。电子设备中生长锡须的现象可能会影响焊接连接的可靠性,从而影响整个PCB的工作。
  锡须是从锡或锡合金表面生长出来的晶体,由于这种锡晶体会引起泄漏电流,造成相邻导体桥连而出现短路,在低电压时产生金属蒸汽电弧(等离子体),增大电磁辐射,以及散落的锡须碎片和污染造成损坏,这些都可能危及电路的可靠性[1, 2]。锡须生长是压缩应力释放引起的[3]。铜的金属化合物和含氧表面层很可能生长锡须。本文介绍X射线能量色散谱(EDS)研究的结果,说明锡须生长和合金表面层的铜与氧的含量之间的关系。
  为了评估锡须生长和表面层的含铜量及含氧量的关系,使用PCB技术准备测试样本。在实验中,使用玻璃环氧树脂层压板,层压板上覆盖一层厚17微米的铜箔。一组样品使用化学镀镍制备,底层浸金,使用钯(Pd)活化剂。镍的厚度从4微米到 6微米,镀金层的厚度约为0.05微米。导电焊盘上覆盖了Sn100 焊锡合金和Sn99.3Cu0.7Ni焊锡合金。这些合金用水性助焊剂进行手工焊接。焊接的温度根据合金的成分确定。镀锡层的厚度范围从10 微米到 20微米。样品在温度60°C、相对湿度87%下长时间暴露3000 小时。使用飞利浦XL30显微镜得到扫描电子显微镜(SEM)图像和EDS。为了确定局部区域的元素含量,尤其是铜和氧的含量,在扫描电子显微镜中的进行扫描的X射线谱在入射电子束的影响下产生。对样本中的几个点进行EDS分析:锡须体上的点和锡须的底部上的点。
  为了进行比较,在焊盘边缘的中点,对最靠近锡须的随机位置进行分析。用来进行EDS分析的电子束能量在10 keV的水平,因此,根据Kanaya-Okayama模型来计算电子在锡中的穿透范围时,对于10 keV的电子束,穿透深度为0.65微米[4]。
  结果
  对于在温度60°C和相对湿度87% 下暴露 3000 小时的样品,在所有四种类型的样本(即两种直接在铜层上焊接的Sn100和Sn99.3Cu0.7Ni样本,以及两种镍/金底层的样本,如图1和图2所示)都发现锡须。不过,只在焊锡的边缘发现锡须(这里焊锡的厚度比中间的厚度小很多),而不是焊锡中间部位出现。

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