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SAC305與Sn99.3Cu0.7焊膏合金性能比較

A
SAC305是錫銀銅合金,含銀3%:潤濕性佳,抗熱疲勞,是SMT主流,但成本較高。 Sn99.3Cu0.7是一種無銀錫銅合金,熔點稍高,成本較低,但抗蠕變能力較SAC305較弱,接頭較脆。 SAC305適合汽車、通訊等高可靠性產品; SnCu 適用於一般消費性電子產品和應用,沒有嚴格的熱循環要求,回流曲線參數略有不同。

為什麼SAC305焊膏在0201元件上印刷時容易出現焊錫不足和錯位的情況,而Sn99.3Cu0.7則更穩定,根本原因是SAC305中3.0%的銀含量增加了合金的熔融粘度,導致焊膏在刮刀下的剪切流動性差。 In另外,其粉末球形度一般略低於Sn99.3Cu0.7批次。實際的解決方案是根據IPC-7527標準將鋼網孔徑擴大5%,刮刀壓力從4.5kg降低到3.8kg,印刷速度從40mm/s降低到32mm/s。關鍵的預防措施是每300塊板用IPA+超音波清洗一次鋼網底部,否則殘留的助焊劑膜會加劇SAC305粉末的結塊。

Sn99.3Cu0.7回流後QFN焊點邊緣常出現微裂紋。症狀是AOI誤報率增加,但X光未發現空洞。原因是該合金的凝固溫度範圍僅1.2℃,稍快的冷卻速度會導致枝晶間應力集中。實際的解決方案是在回流焊Peak區後增加210℃~180℃的緩冷段,時間控制在45秒,同步降低鏈條速度12%。同時,將氮的氧含量從100ppm放寬至300ppm,以減緩Cu6Sn5金屬間化合物(IMC)的生長速度。重點預防措施是禁止在厚度>1.6mm、銅厚≥2oz的厚銅PCB上使用Sn99.3Cu0.7焊膏。

經過高溫高濕老化試驗(85℃/85%RH/1000h)後,SAC305焊點剪切力衰減達18%,而Sn99.3Cu0.7僅為9%。症狀是ICT測試接觸阻抗波動增加,部分BGA焊點在-40℃熱衝擊後出現冷焊點。原因是SAC305中的Ag3Sn強化相在濕熱環境下容易與氯離子反應形成可溶性錯合物。實際的解決方案是改用鹵素含量<0.1%的免清洗SAC305焊膏,在回流後2小時內完成所有PCB的保形塗覆,並在塗覆前通過離子污染測試(≤0.78μg/cm2 NaCl當量)。關鍵的預防措施是儲存環境的濕度必須鎖定在30%RH±5%,並避免與含PVC的包裝材料同櫃儲存。

連續印刷2小時後,Sn99.3Cu0.7焊膏的黏度增加了1200cP,導致從第500塊板開始出現焊料橋連,而SAC305僅增加了450cP。其症狀是在顯微鏡下可以看到焊盤之間有殘留的助焊劑牽引以及鋼網底部明顯乾燥的焊膏。原因是Sn99.3Cu0.7載體中鬆香樹脂的軟化點較低(68℃),若車間溫度超過25.5℃,會加速溶劑蒸發。實用的解決方法是將錫膏攪拌時間從60秒延長到90秒,每次使用後立即擰緊鋁箔密封蓋,如果鋼網印刷間隔超過90秒,則用濕的不掉毛布擦拭網孔。關鍵預防措施是錫膏冷藏庫溫度必須穩定在(0±1)℃,回溫過程中不得打開包裝,回溫時間嚴格控制在4小時以內。

當使用相同的回流曲線時,SAC305焊點的IMC厚度達到3.2μm,而Sn99.3Cu0.7的IMC厚度僅為1.9μm。其症狀為金相切片顯示前者IMC層不連續,而後者緻密但脆。原因是SAC305中銀原子的擴散活化能較低,當保持在235℃以上時,Cu6Sn5向Cu3Sn的轉化加速。實際的解決方案是將回流峰值溫度從245℃降低到242℃,將保溫時間壓縮到65秒,將鏈條速度提高8%,並為BGA裝置單獨添加0.8mm厚的隔熱墊片。關鍵預防措施是Sn99.3Cu0.7禁止用於經過Ni/Au表面處理的連接器焊盤,因為它在217℃共晶點附近容易誘發界面Ni3Sn4的異常生長。

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