솔더 바 접합 강도는 본질적인 재료 특성이 아니라 합금 화학, 리플로우 프로파일 매개변수, 패드 표면 마감 및 솔더링 후 열 노화 간의 동적 상호작용에 의해 형성된 새로운 결과입니다. 예를 들어, Sn63Pb37 솔더 바는 일반적으로 225°C의 피크 리플로우 후 3°C/s로 냉각될 때 ENIG 마감 구리 패드에 28~32MPa의 전단 강도를 제공하는 반면, OSP 코팅 Cu의 동일한 합금은 더 얇은 금속간 화합물(IMC) 형성과 더 높은 계면 공극 밀도로 인해 24~27MPa로 떨어질 수 있습니다.
솔더-구리 인터페이스에 있는 Cu6Sn5 IMC 층의 두께와 형태는 접합 강도를 직접 조절합니다. 여기서 IMC 성장은 시간과 온도에 따른 포물선 법칙을 따르므로 담그는 동안 180°C에서 120초 동안 유지하면 평균 IMC 두께가 1.8μm에서 3.1μm로 증가합니다. 이는 처음에는 결합을 강화하지만 4.5μm를 초과하면 취성이 발생하고 전단 하에서 파괴 에너지가 최대 35% 감소합니다. 로딩.
SAC305와 같은 무연 솔더 바 변형은 더 높은 고상선 온도와 더 좁은 페이스트 범위를 나타내어 응고 중 미세 구조 분리를 증폭시키는 더 가파른 액상선-고상선 구배를 유발하며, 이 효과는 Sn–Ag–Cu 시스템의 느린 확산 역학과 결합되어 더 거친 β-Sn 수지상 돌기와 Ag3Sn 입자 클러스터링을 초래합니다. 두 가지 모두 접합부를 통한 효과적인 하중 전달을 감소시키고 설명합니다. 침지 실버 패드의 SAC305 조인트가 동일한 리플로우 조건에서 Sn63Pb37보다 평균 전단 강도가 12~15% 더 낮은 이유는 무엇입니까?
표면 마감 호환성은 접합 강도 재현성에 결정적인 역할을 합니다. 무전해 니켈 침지 금(ENIG)은 구리 산화에 대해 균일한 장벽을 제공하지만 리플로우가 60초 이상 240°C를 초과할 때 Ni 솔더 인터페이스에 부서지기 쉬운 Ni3Sn4를 도입하는 반면, 유기 납땜성 보존제(OSP)는 Sn63Pb37에 탁월한 습윤성을 제공하지만 200°C 이상에서는 급격히 저하되어 일관성이 떨어지기 때문입니다. 생산 로트에서 측정된 접합 강도 값이 ±9%를 초과하는 계면 접착 및 분산.
빠른 냉각은 IMC 과성장을 억제하고 β-Sn 입자 조대화를 제한하며, 4°C/s의 제어된 램프 다운은 동일한 FR-4 기판에서 1°C/s 냉각에 비해 11% 더 높은 항복 강도를 갖는 조인트를 생성하기 때문에 리플로우 후 냉각 속도는 입자 구조 미세화에 결정적인 영향을 미칩니다. 하지만 2°C/s 미만의 지나치게 빠른 담금질은 대면적 BGA 또는 세라믹 패키지에서 열충격 균열의 위험이 있습니다.
열 사이클링 노출은 특히 Sn96.5Ag3.0Cu0.5와 같은 고구리 함량 합금에서 Cu-IMC 경계에서 IMC 두꺼워짐과 Kirkendall 보이드 형성을 가속화합니다. 여기서 -40°C와 125°C 사이에서 500회 사이클은 평균 IMC 두께를 2.4μm에서 6.7μm로 증가시키고 중앙 접합 강도의 42% 감소와 상관 관계가 있음을 확인합니다. 리플로우된 기계적 테스트 데이터만으로는 장기적인 신뢰성을 추론할 수 없습니다.
플럭스 잔여물 화학은 할로겐화물 함유 무세정 플럭스가 고Sn 합금과 결합될 때 솔더 패드 가장자리에서 국부적인 부식을 촉진하기 때문에 솔더 바 구성과 강력하게 상호 작용하며, 이 분해 경로는 85°C/85% RH에서 1,000시간 동안 보관한 후 지배적이 되어 눈에 띄는 벌크 솔더 열화 없이 계면 파괴 인성을 최대 28%까지 감소시킵니다.
단일 PCB에 걸친 접합 강도 변화는 종종 솔더 바 불일치가 아닌 국지적인 열 질량 차이로 추적될 수 있습니다. 왜냐하면 인접한 0402 패시브 및 QFN-48 패키지는 냉각 중에 서로 다른 열 추출 속도를 부과하기 때문입니다. 이로 인해 25mm 범위에서 ±1.3μm의 IMC 두께 구배가 발생하고 인증된 솔더 바를 <0>으로 사용하는 경우에도 ±7.2MPa의 측정 가능한 전단 강도 분산으로 직접 변환됩니다.
Sn96.5Ag3.0Cu0.5와 같은 고융점 Solder Bar의 경우 리플로우 분위기가 더 중요합니다. O2 <100>이 포함된 질소 환경 때문입니다.
궁극적으로 솔더 바의 접합 강도는 독립형 사양 시트 값이 아닌 전체 프로세스 상황 내에서 평가되어야 합니다. 왜냐하면 컨베이어 속도, 열전대 배치 정확도 또는 보드 적층 두께의 사소한 편차가 IMC 동역학, 결정립 핵 생성 밀도 및 잔류 응력 분포를 변화시킬 만큼 열 프로파일을 변경하기 때문입니다. 이 모든 것이 모든 솔더 접합의 최종 기계적 무결성을 정의하기 위해 수렴됩니다.
