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        SMT焊點中的空洞是問題嗎?


          IPC焊料產品價值協會(SPVC)通過一項可靠性研究來確定在裝配、金相分析和基本特性、熱沖擊和溫度循環中,無鉛合金中的各種錫銀銅(SAC)合金的性能是否相當。SPVC的結論是三種SAC合金的性能相差不多,建議把SAC 305作為電子行業首選的無鉛合金。這項研究的另一個結果是,在對使用SAC無鉛焊膏的測試板進行分析時,檢查出有空洞。在測試電路板上把空洞標了出來,但沒有對它進行修補,在這種情況下,讓測試電路板經受熱沖擊和溫度循環??斩匆步洑v了熱沖擊和溫度循環,SPVC還對焊點中空洞進行比較。
          關于焊點的爭論
          電子制造行業公認的是,通常在x光照片中看到的空洞,可能是把焊點劃作不合格的一個因素:特別是當空洞的大小超過焊點的25%時──尤其是在BGA里出現空洞的情況下。
          對于焊點中的空洞,電子裝配業一直存在爭議。隨著向無鉛的轉變,爭議越來越激烈。原因是無鉛焊點比錫鉛焊料更容易形成空洞;而且在SAC合金中,空洞的百分比要比其他無鉛合金高。
          測試方案
          在IPC SPVC測試項目中使用兩種無鉛電路板進行測試:無鉛測試板A*和無鉛測試板B**。這兩種測試板所用的焊膏不是專門挑選的,但使用同樣的助焊劑。這樣?
          在無鉛測試板A*中,使用三種SAC合金焊膏裝配的所有電路板上都看到空洞,面積超過25%,其中,特別是間距為0.5mm的CSP84無鉛元件。用錫鉛合金裝配的電路板,明顯地存在空洞,但是,用錫鉛合金裝配的間距為0.5mm的CSP84元件上,空洞面積不到25%。在無鉛測試板B**上,在使用SAC合金裝配的所有電路板上都看到空洞面積超過25%。在電路板上,PBGA196、C-CSP224和晶片級封裝CSP8的空洞幾乎都超過的25%。
          為了確定空洞對焊點可靠性的影響,IPC SPVC采用的測試方案包括整個行業普遍認可的常規溫度循環和熱沖擊。對兩組測試板都進行了環境試驗,在測試期間,對它們的功能進行監測。測試板中包括兩家公司的電路板,每家公司的測試板有四組,每組四十塊,分別使用三種SAC焊料合金成分,以及一種低熔點(錫鉛)焊料,以便對比。每組都拿出一塊板來進行破壞性金相分析,這塊試驗板沒有參加溫度循環研究。
          所使用的溫度循環方案反映了IPC測試方法。這個溫度循環方案首先在低溫(0℃)保持十分鐘,然后,溫度緩慢上升至100℃,接著在這個高溫下保持十分鐘的時間,然后,漸漸回到低溫狀態。整個溫度循環通常大約需要60分鐘。循環時間與爐溫上升的時間和測試板溫度穩定過程有關。
          熱沖擊測試方案和JEDEC規定的很相似,它先在低溫(-55℃)保持五分鐘的時間,然后在高溫(125℃)保持十分鐘的時間,然后再回到低溫??偟难h時間大約在20分鐘左右。這個循環過程連續地重復進行。對兩組測試件的樣品,每組進行了500次溫度循環就進行金相分析。
          測試結果
          在環境試驗后,這項研究對空洞的X射線分析結果進行了比較,比較了6000次溫度循環后的失效情況,熱沖擊,對失效的焊點和正常的焊點都進行金相檢查,并比較金相檢查的結果。從這些比較,并且用若干不同的統計方法來比較溫度失效數據和空洞位置和尺寸,我們可以清楚地看到,空洞不會對焊點的完整性產生任何影響。
          在每500次溫度循環之后,把電路板拿出來,對每塊電路板上的每個元件進行穿透性X射線成像。從這個圖像我們可以看到,在SAC合金焊點中的空洞遠遠比錫鉛合金焊點的多。就數量和大小而言,CSP84封裝焊點中的空洞比其他陣列封裝焊點的空洞多。使用經歷了溫度循環的封裝的剖面圖對空洞進行比較,我們看不到空洞與連接失效有什幺明顯的關聯。例如,在測試板A*的SAC 305焊點的剖面圖上看到大空洞,但是,這并不能說明這些空洞會致使連接失效——雖說這個封裝經歷了4500次溫度循環。
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