電子零件掉落或BGA錫裂一定是SMT製程問題迷思(3)?IMC是良好焊錫結果的必要之惡

(對於大陸那些盜文網站,複製貼上本站文章後,居然還改成自己公司的名字,感到無恥!文章內容部份防止複製作法可能造成您閱讀的不便,請見諒!)

IMC層是PCA焊接的必然物卻也是焊錫結合力(bonding-force)最脆弱之處

一般來說,一個良好的PCA焊錫形成,其焊錫結合力最脆弱的地方為IMC(Inter-Metallic Compound)層,IMC層是一種金屬化合物,IMC更為形成良好焊接的必然物,工作熊之前將IMC層形容為男女結合後所延下的小孩,這裡你可以將這層IMC想像成黏合磚塊與磚塊之間的水泥,它起到接合兩種不同磚塊的目的,IMC也是一樣,如果沒有這層IMC就無法在兩種不同的金屬間形成良好的焊接,但這層IMC卻也是整個焊接結構中最脆弱的地方,想像磚牆受到撞擊時,大部分會從水泥處裂開(早期的水泥磚牆啦!現在似乎有些不太一樣),IMC層也是一樣,所以才會說如果焊錫受到應力影響時,一般會最先從IMC層裂開。

IMC層是PCA焊接的必然物卻也是焊錫結合力(bonding-force)最脆弱之處

建議你先看看這篇文章以了解【何謂IMC (Intermetallic Compound)?IMC與PCB焊接強度有何關係】。







那如果水泥塗得不好或塗得不均勻,部份有塗到、部份未塗到或是IMC層長得太厚或太薄,是不是會影響磚塊間的結合力呢?答案是肯定的,如果發現零件焊錫斷裂在IMC層,就得進一步分析IMC層長得好不好,一般判斷的標準就是看IMC層是否連續,是否均勻分佈,通常會採用切片(cross-section)並利用高倍顯微鏡來加以觀察,並輔以EDX查看元素分析做進一步判斷。

一般來說,如果PCB的焊墊/焊盤或電子零件焊腳的表面處理(finished)有氧化發生時,就會造成IMC層長不出來或部份地方長不出IMC。另外,回焊爐溫如果加熱不足時也可能造成類似現象。

至於IMC層長得太厚或太薄

工作熊後來還是一直被追問,到底IMC層應該多厚才是理想的厚度?工作熊會以現在的銅錫或銅鎳化合物,其最佳厚度應該在1~3u",但一般厚度只要在1~5u"都是可以接受的。

另外一個SMT製程中可能出現且影響焊錫強度的因素是焊錫中殘留有氣泡孔洞(Void),這些孔洞是因為焊錫在熔融狀態時無法及時逃逸出焊錫的空氣或助焊劑揮發物,等到焊錫冷卻後被包覆於其中所形成,判斷是否為包風孔洞有兩個非常明顯的特徵:

  1. 其內表面光滑。
  2. 在焊錫中呈現出圓形狀。

孔洞越大當然越不利焊錫強度,中空的蓮藕怎麼能耐折,但是孔洞又很難在焊接過程中完全避免,尤其是有大量焊錫的BGA或QFN、LGA等零件,那規定一定比率下的孔洞可以接受就得了,日後技術進步了改規格就是了,依據IPC-7095B及IPC-A-610D之後版本的要求,BGA錫球的總孔洞直徑不可以超過錫球總直徑的25%,大部分電子廠也都以此來判定孔洞的可允收率。日後如有修改請以最新的規格為準。

BGA的孔洞BGA孔洞 (void)大小的計算

所以,只有當發現IMC長不出來或IMC與界面間有分佈不均勻現象發生時才跟SMT的品質或製程有正相關性。這個相關性可能跟回焊爐(reflow oven)的熱量不足有關,也可能跟PCB的表面處理不佳或儲存環境有關,也可能與電子零件的品質相關,這個需要得到更多的切片與元素分析才能判斷。

現在你應該也是專家了,下次要是再碰到有焊錫破裂的問題,請不要馬上就跑來質詢工作熊了,請自己先稍微做點功課。


「電子零件掉落或錫裂一定是SMT製程問題迷思」系列文章列表:


延伸閱讀:
滾筒測試(tumble test)的方法與失效解決對策
如何判斷BGA掉件是SMT工廠製程或是設計問題?
電路板零件掉落,該如何著手分析、判斷並釐清問題點

訪客留言內容(Comments)

No comments yet.


訪客留言注意事項:
1.首次留言須通過審核後內容才會出現在版面上,請不要重覆留言。
2.留言時請在相關主題文章下留言,與主題不相關的留言將會被視為垃圾留言,請善加利用【搜尋框】尋找相關文章,找不到主題時請在「水平選單」的「留言板」留言。
3. 留言前請先用【搜尋框】尋找相關文章,自己做一點功課後再留言。沒有前因後果的內容,工作熊不一定會瞭解你在說什麼,就更無法回答你的問題。
4. 工作熊並非某一方面的專家,所以回答的內容或許會有不正確的地方,服用前還請三思。如果您想詢問關於電路板方面的工程問題,前先參考這篇文章【詢問工程問題,請提供足夠的資訊以利有效回答】 把自己的問題想清楚了再來詢問,並且請提供足夠的資訊,這樣才能有效回答問題。
5. 工作熊每則留言都會看,但不會每則留言都回答,尤其是只有問候之類的內容。
6. 留言詢問時請注意您的態度,工作熊不是你的「細漢」,更沒有拿你的薪水,所以不接受吆喝工作熊的態度來回答你的問題。
7. 歡迎您訂閱本部落格的最新文章,當有新文章時會主動以電子郵件通知你。

您有話要說(Leave a comment)

(required)

(required)