千住無(wú)鉛錫球
近年來(lái)，智能手機(jī)和平板電腦 等移動(dòng)設(shè)備不斷面市，并迅 速向設(shè)備的小型化和高性能化發(fā)展。這些設(shè)備配備了球柵陣列封裝（Ball Grid Array）和芯片尺寸封裝（Chip Size Package）等眾多高密度貼裝部件，對(duì)接合部的焊錫材料要求日益增高。
千住無(wú)鉛錫球滿足超微間距化和耐跌落沖擊性的產(chǎn)品要求
對(duì)于必須采用小型化結(jié)構(gòu)的移動(dòng)設(shè)備而言， 焊錫接合部分要求在具備超微間距化的同時(shí)具備耐跌落沖擊性。伴隨著產(chǎn)品向高可靠性化、高性能化及高密度化發(fā)展，對(duì)耐熱疲勞性的要求也日益加強(qiáng)。BGA 錫珠和 CSP 等進(jìn)行球柵連接的基板表面處理材料包含 Cu 和 Ni/Au 等各種規(guī)格，對(duì)各自相應(yīng)的材料要求具備較高的連接可靠性。焊錫接合部的此耐熱疲勞性和耐跌落沖擊性對(duì)于材料而言屬于相反的特性，難以同時(shí)兼顧，但千住金屬工業(yè)開(kāi)發(fā)出了滿足這兩項(xiàng)要求的千住無(wú)鉛錫球（ ECO SOLDER BALL） M770。評(píng)價(jià)焊錫接合部的熱疲勞性通常采用溫度循環(huán)實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)中焊錫接合部的破壞模式為焊錫內(nèi)部結(jié)晶產(chǎn)生裂縫，直至斷裂。該斷裂將對(duì)機(jī)械強(qiáng)度產(chǎn)生影響，導(dǎo)致電路斷路等問(wèn)題。該 破 壞 模 式 下， 隨 著 溫 度 的 變化，產(chǎn)生的熱應(yīng)力對(duì)焊錫內(nèi)部結(jié)晶體形 成 負(fù) 荷。 通 過(guò) 析 出 加 強(qiáng)， 即 添 加Ag 等元素，在結(jié)晶體內(nèi)將化合物呈網(wǎng)絡(luò)狀析出的方式可實(shí)現(xiàn)熱疲勞性的提高。此外，焊錫的內(nèi)部結(jié)晶強(qiáng)度取決于所添加的 Ag 量。保證較佳程度的Ag 量可同時(shí)獲得耐熱疲勞效果和應(yīng)力緩沖效果。
跌落沖擊性
另一方面，跌落沖擊性與溫度循環(huán)實(shí)驗(yàn)的破壞模式不同，屬于在接合界面附近開(kāi)裂直至斷裂的模式。其原因在于跌落沖擊時(shí)接合部的負(fù)荷變形速度非常大，并在接合界面形成的脆性金屬互化物附近產(chǎn)生破壞，機(jī)械接合強(qiáng)度受損，導(dǎo)致電路連接不暢的問(wèn)題。因此，改善接合界面組織可有效提高跌落沖擊性。此外，焊錫內(nèi)部結(jié)晶的柔軟性對(duì)于跌落沖擊也是重要的因素，這與前面的熱疲勞性正好相反。如何兼顧耐熱疲勞性和耐跌落沖擊性成為一項(xiàng)重大課題。在兼顧熱疲勞性和跌落沖擊性方面，改善焊錫內(nèi)部結(jié)晶可按如前所述向結(jié)晶中添加 Ag 予以加強(qiáng)，但其特性取決于 Ag 的添加量。若添加較少，內(nèi)部結(jié)晶組織形成的 Ag3/Sn 化合物量非常少，析出加強(qiáng)的效果不明顯。若添加過(guò)多， Ag3/Sn 化合物變得致密且呈網(wǎng)絡(luò)狀分布，其組織結(jié)構(gòu)雖然可充分保證內(nèi)部結(jié)晶強(qiáng)度，但缺乏應(yīng)力緩和性。若只關(guān)注熱疲勞性，通過(guò)對(duì)組織結(jié)構(gòu)的析出加強(qiáng)實(shí)現(xiàn)焊錫內(nèi)部結(jié)晶的高強(qiáng)度，則將犧牲跌落沖擊性。在解決這一問(wèn)題上，通過(guò)較佳程度的添加量，實(shí)現(xiàn)了對(duì)加強(qiáng)內(nèi)部結(jié)晶與應(yīng)力緩和性均具有效果的合金組織。
接合界面組織的討論
為了提高耐跌落沖擊性，圍繞接合界面的組織開(kāi)展了討論。錫焊過(guò)程是通過(guò)焊錫與基板及部件的表面處理材料相互擴(kuò)散完成的。接合時(shí)接合界面會(huì)生成各種金屬互化物，此互化物的種類(lèi)、致密性和厚度等生成狀態(tài)將決定跌落沖擊性，對(duì)控制焊錫合金組成的界面組織很重要。Cu 和 Ni 為通用的基板表面處理材料，研究重點(diǎn)在于如何讓兩種材料均獲得良好的結(jié)果。在界面的組織控制上，抑制化合物層的過(guò)度成長(zhǎng)以及顆粒直徑的過(guò)大化技術(shù)非常關(guān)鍵，通過(guò)添加各種元素，找出較佳程度的添加量，實(shí)現(xiàn)了以細(xì)微化獲得致密、超薄的接合界面組織。
▲ SOLDER BALL M700
▲ SMIC 焊錫產(chǎn)品
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