摘 要

    最新研究顯示，無鉛焊接可能是很脆弱的，特別是在沖擊負載下容易出現過早的界面破壞，或者往往由于適度的老化而變得脆弱。脆化機理當然會因焊盤的表面處理而異，但是常用的焊盤鍍膜似乎都不能始終如一地免受脆化過程的影響，這對于長時間承受比較高的工作溫度，和/或機械沖擊或劇烈振動的產品來說，是非常值得關注的。

    就鎳／金 (ni/au) 化學鍍和電鍍敷層而言，脆弱性問題以及相關的脆化機理早已為人熟知，而就穩(wěn)健性而論，在銅焊盤上無鉛焊接一直被視作'比較安全'。然而，最新觀測結果顯示，在銅焊盤上進行無鉛焊接獲得的焊點中的組織結構存在兩種或以上的脆化機理或途徑，每一種都會在焊點本體和焊盤表面的交界處導致脆性破裂。

    由于常用的可焊性表面敷層都伴隨著脆化的風險，所以電子工業(yè)當前面臨一些非常困難的問題。然而，這些脆化機理的表現形式存在可變性，故為避免或控制一些問題帶來了希望。

    在電子行業(yè)內，雖然每家公司都必須追求各自的利益，但是在解決無鉛焊接的脆弱性及相關的可*性問題上，他們無疑有著共同的利害關系，特別是考慮到過渡至無鉛焊接技術的時間表甚短。

    為了解決電子工業(yè)目前面臨的這個問題，'協會'觀念可能是非常適用的。協會的努力能夠保障其成員公司避免忽略關鍵性的現象或觀點，協會也可以充當公共論壇，倡導合理的基礎設施改造，也可帶來解決這些問題所必需的解決方案。

    引 言

    微電子封裝工業(yè)依賴焊接點在各色各樣的組件之間形成穩(wěn)健的機械連接和電氣互聯，散熱問題、機械沖擊或振動往往給焊接點帶來很大的負荷，不過，我們擁有專業(yè)的工藝知識，并能根據幾十年的豐富經驗評價和預測錫／鉛 (sn-pb) 焊接技術的結果。在過去幾年里，業(yè)界針對無鉛技術進行了大量的開發(fā)工作。盡管我們現在的無鉛知識遠遠不如sn-pb合金系的經驗和認識水平，但是一般認為現時較遍選用的無鉛(錫／銀／銅) (sn-ag-cu)合金系可提供出色的、或可比的熱力學

    抗疲勞強度，并在最壞條件下最低限度地降低焊接點的機械沖擊強度。這些說法雖然仍然是廣泛研究的主題，特別是在高溫和長時間的熱循環(huán)過程中，焊點顯微結構演變所帶來的影響。然而，最新的報告提出了一些出乎意料的建議：脆變問題與cu和ni/au 電鍍的焊盤表面都有關系。事實上，沒有任何常用的可焊性表面敷層能夠一直免受脆變問題的影響。

    隨著無鉛焊接技術的即將實施，這種境況可能在微電子工業(yè)引起嚴重的可*性關注和基礎結構問題。無論如何，脆變過程表現形式的可變性 (至少是cu焊盤系統)，可以解釋某些脆變機理，并且有望加以控制。

    簡而言之，焊點上的機械應力來源于插件板上施加的外力、或焊接結構內部的不匹配熱膨脹。在足夠高的壓力下，焊料的蠕變特性有助于限制焊點內的應力。即使是一般的熱循環(huán)，通常也要求若干焊點能經受得住在每次熱循環(huán)中引起蠕變的負荷，因此，焊盤上金屬間化合物的結構必須經受得住焊料蠕變帶來的負荷。在外加機械負荷的情況下，尤其是系統機械沖擊引起的負荷， 焊料的蠕變應力總是比較大，原因是這種負荷對焊點施加的變形速度比較大。因此，即使是足以承受熱循環(huán)的金屬間化合物結構，也會在剪力或拉力測試期間最終成為最脆弱的連接點。

    然而，這不一定是問題的直接決定性因素，因為外加機械負荷往往能夠在設計上加以限制，使之不會引起太大的焊料蠕變，或者至少不會在焊接界面引起斷裂。盡管如此，在這些測試中，從貫穿焊料的裂紋變成焊盤表面或金屬間化合物的斷裂，就是一種不斷脆化的跡象。通常，顯示脆性界面破裂而無明顯塑性變形的焊接是許多應用的固有問題，這些應用中的焊點沖擊負荷是可以預見的。在這些情況下，焊點內的能量幾乎沒有多少能夠在斷裂過程中散逸出去，因此焊點的結構自然容易出現沖擊強度問題。

    在某些應用中，一些脆變機理即使在cte失配應力條件下也可以令焊點弱化，導致過早的焊點失效。事實上，即使在很小的負載下，金屬間化合物中持續(xù)發(fā)展的空洞也會引起故障。

    盡管與焊接ni/au鍍膜焊盤有關的問題早已廣為人知， 但是最新觀察結果卻可能反映出如下所述的新現象。人們以往一直認為涂有osp保護層、浸銀、浸錫或焊料的cu焊盤在這一點上是"比較安全"的，但即使對sn-pb焊料而言，這并不是表示退化機理全然不存在。事實上，cu 通過界面上的 cu3sn 和 cu6sn5 金屬間化合物薄層迅速擴散，往往在cu/cu3sn [1]、[2] 和/或 cu3sn/cu6sn5界面 [3] 上形成 kir