筆者曾在前期，首先以銲點空洞、銲環(huán)浮裂，與引腳錫須等三大缺失，說明無鉛焊接比現(xiàn)行之有鉛焊接，存在著更多更惡劣的不良品質(zhì)。事實上還有更多的隱憂，致令無鉛焊接之可靠度不免為之大打折扣。此等種種負(fù)面品質(zhì)的呈現(xiàn)，尚待業(yè)界與供應(yīng)商們爭取時效加緊努力，試圖解決某些痛苦以及某些已知與未知的難題，否則必將會在上下游與周邊等各種供需之間，造成無窮的糾紛與無盡的困擾。
       一、主流銲料的形成
       無鉛焊料目前已敲定“錫銀銅”之SAC305(S n 9 6.5％、A g 3.0％、C u 0.5％)或SAC405(S n 9 5.5％、A g 4.0％、C u 0.5％)等標(biāo)稱(N O m i n a 1)重量比之合金為主流，業(yè)界已做大量的多樣性試驗，建立了量產(chǎn)可用的溫時線與多種失效模式的范例與共識，且也獲取了若干實務(wù)信心。上下游幾乎不可能再去花費更多的精力與時間，對于其他合金銲料另行大幅研究。日本業(yè)者常用熔點較低的“錫鋅鉍”合金(S n 8 9％、Z n 8.0％、B i 3.0％)，或其他含銻(S b)含銬(G e)或含鎳(N i)的各種銲料；事實上歐美下游的各大O E M客戶們很少予以認(rèn)同，一旦出了問題，只好在缺乏公正仲裁下自謀解困之道了http://xhvh.cn/
此為無鉛SAC與有鉛Sn63兩種熔焊(Relow)溫時曲線(PrOnle)的比較情形

       圖1、此為無鉛SAC與有鉛Sn63兩種熔焊(Relow)溫時曲線(PrOnle)的比較情形。
       主流之兩種錫銀銅焊料中又以SAC305略占上風(fēng)，原因之一是少了1%的銀份其成本自然較便宜，其二是銲點中長條狀A(yù) g3S n的不良IMC也為之減少。目前之S A C 3 O 5合金配方專利，系日本千住金屬與美國愛荷華大學(xué)所共同擁有，凡採用之各國銲料供應(yīng)商皆須付給專利費用。
       至于波焊，waVeSolderin g，與PCB的噴錫制程，雖然也能採用SAC305，但為節(jié)省成本起見，亦可採用較便宜的錫銅合金（Sn99.3％ by w t，C u 0.7％b y w t)，但其熔點卻比SAC305高出l 0℃而達(dá)227℃。更因此料之沾錫時間要比S n 6 3／P b 3 7者長了很多，故其峰溫2 6 5-2 7 0℃中之停留時間，也需自原本有鉛的3—4秒延長到4—5秒。
且當(dāng)波焊或噴錫其錫池中的銅量增多0.2％by wt時，其液化溫度還將再上個升6℃，對于板材與零件的傷害都會增大。此等傷害對于面積較大厚度較厚的大板面，更是雪上加霜災(zāi)難連連，經(jīng)常會造成分層爆板的悲慘下場。一旦大型空板曾經(jīng)過噴錫270℃，強(qiáng)大熱應(yīng)力折磨者，4-7秒，，其后續(xù)之汲焊更難。從成本與品質(zhì)而言，是否選用2 2 7，C的錫銅合金進(jìn)行噴錫與波焊，的確值得三思。
       二、介面微洞
       （一）、介面微洞的位置
       當(dāng)銲料(So1der)在P C B銲墊(P a d s)基地上形成銲點(So1der Poi nt)之瞬間，該銲墊基地(指銅與鎳而言)與銲點主體銲料之間，經(jīng)常會發(fā)生許多微小空洞。此種處于介面而直徑小于40μm的微洞，事實上多半在于銅與錫之間，而與IMC所交錯并存。發(fā)生微洞處自然無法生成IM C，其結(jié)合強(qiáng)度也必定付之闕如。
左為介面微洞的切片側(cè)視圖，右為Dage品牌高解度X—ray所看到之俯視圖

       圖2、左為介面微洞的切片側(cè)視圖，右為Dage品牌高解度X—ray所看到之俯視圖。
       （二）、介面微洞的后患
       此種介面之微洞，與遠(yuǎn)離介面而發(fā)生于銲點中的空洞，其等成因并不完全相同。但對銲點結(jié)合強(qiáng)度而言，數(shù)量頗多的介面微洞反而更具殺傷力。此等區(qū)別可從高品質(zhì)的微切片畫面上得以辦識，或從高功率高解析度的X—r ay檢驗設(shè)備中清楚加以判斷。一旦發(fā)生銲點強(qiáng)度問題，所有證據(jù)將無所遁形。
介面形成之空洞有大有小，超過40μm的介面大洞對銲點強(qiáng)度的破壞力極大

       圖3、介面形成之空洞有大有小，超過40μm的介面大洞對銲點強(qiáng)度的破壞力極大。
       （三）、介面微洞的主因
       PCB焊墊表面之實用可焊處理有：噴錫、浸銀、浸錫、OSP以及ENIG。前四者均以銅為IMC基地，而化鎳浸金則以化學(xué)鎳為焊接基地形成Ni3Sn4事實上對高密度SMT焊接而言，噴錫製程已經(jīng)尋E常不適用了。而其他四種表面處理層中均將會出現(xiàn)有機(jī)物的參與，高溫中裂解成氣而未能及時逸走時，當(dāng)然就只好留在原地形成微洞了。事實上工曲S n、I-A g、O S P等皮膜與ENIG的金層等，只扮演底銅與底鎳的保護(hù)皮膜使不致于氧化而拒焊，其本身并未參與焊接(I-S n除外)的反應(yīng)。故知其厚度愈薄者有機(jī)物將愈少，所發(fā)生介面微洞的機(jī)會就愈小了，不過皮膜太薄者又無法達(dá)到護(hù)焊的功用。
       造成介面微洞的緣由，除了表面處理層本身難辭其咎外，另外助焊劑配方，焊溫焊時(Profile)，墊面清潔、錫膏吸水、以及銲墊設(shè)計形式等，都將是介面微洞的肇因。目前為了降低組裝高度，節(jié)省成本，某些原先QF P(Quad  F1at Package)的伸腳Gu11 wing或勾腳了J-1 e a d等，部份產(chǎn)品將予以取消，而將元件腹底外圍直接設(shè)計上方墊，P C B板面也對應(yīng)加設(shè)承墊，直接用錫膏進(jìn)行面對面的貼焊，特稱之為Quad F1at NO-1ead(Q FN)。此種全新亮相Q FN銲點中原已發(fā)生頗多的空洞，無鉛焊接將更是加火上澆油品質(zhì)蕩然。且元件腹底方墊其切割側(cè)面的純錫鍍層，彼此比鄰的錫須生長又將是另一番心腹之痛。
左為BGA球腳銲點申的空洞；右為QFN全扁銲點中的空洞。但其中央承接封裝體之較大方墊者，系導(dǎo)熱膏接著之不均情形

       圖4、左為BGA球腳銲點申的空洞；右為QFN全扁銲點中的空洞。但其中央承接封裝體之較大方墊者，系導(dǎo)熱膏接著之不均情形。
       （四）、介面微洞的假說
       由于各式銲點空洞的成因太多(其中有鉛與無鉛混料者空洞更多)，要仔細(xì)分辨出介面微洞又不是很容易，麥特公司的DOnaldCu11en先生曾在2005年2月于ECWC的論文(S26—2)中，提出兩種主要假說：
       1．銅面遭到污染，如綠漆的微量殘渣等。
       2．銅面過度粗糙或其他污染，或水氣附著等。
       該文并深入探討而列出2 7種可能的原因，錯綜複雜實在讓人眼花瞭亂不知所從。不過該論文中已對I-A g做了較清楚的說明，認(rèn)為皮膜中的有機(jī)物含量約為0.5％一0.2％by wt，主要來自槽液中的細(xì)晶劑，抗變色劑，以及所設(shè)定Pofi1e峰溫低了2 0℃而可能形成的冶焊(Cold Soldering)，此種冶焊也會帶來極多的介面微洞。當(dāng)然銀層太厚有機(jī)物太多還是首要原因。
介面空洞所造球腳銲點斷頭的微切片與X-ray透視兩圖之比較

       圖5、介面空洞所造球腳銲點斷頭的微切片與X-ray透視兩圖之比較，
       （五）、另一種Kirkendall  Voids
       銅基地接受高熱焊接的瞬間，當(dāng)其銅份對液錫的溶入 (Disso1ution)速率不均時，則在所長出的Cu6Sn5IMC與底銅之間，會形成另一種讓附近原子來不及移動替補(Disp1acement)而形成的微洞，稱之為K洞。通常當(dāng)焊后的板子又不斷受到高溫衝擊時，此等K洞還會逐漸變多變大，也將帶來銲點強(qiáng)度不足的麻煩。目前有關(guān)此種K洞的研究尚不普及。
此為無鉛焊接又經(jīng)高溫老化后，從SEM晝面所見到的K洞，可清楚辨識是存在于底銅與長厚的IMC之間

       圖6、此為無鉛焊接又經(jīng)高溫老化后，從SEM晝面所見到的K洞，可清楚辨識是存在于底銅與長厚的IMC之間。
       關(guān)于介面微洞的研究還有很多，隨著全面無鉛的腳步愈來愈近，筆者只能根據(jù)已公開發(fā)表的最新論文與自身實務(wù)經(jīng)驗，整理出一些脈絡(luò)以供參考，尚盼能減少若干災(zāi)情于事先，則于愿已足矣。

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