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1、SMT 什么是SMTSMT就是表面组装技术（表面贴装技术）（Surface Mounted Teclmologv的缩写），足目前 电子组装行业里最流行的一种技术和工艺。SMT有何特点组装密度高、电子产品体积小、重量轻，贴片元件的体积和重量只有传统插装元件的1/10 左右，一般采用SMT之后，电子产品体积缩小40%60%,重量减轻60%80%。可靠性高、抗振能力强。焊点缺陷率低。高频特性好。减少了电磁和射频干扰。易于实现自动化，提高生产效率。降低成本达30%50%。节省材料、能源、设备、人力、 时间等。编辑本段为什么要用SMT电子产品追求小型化，以前使用的穿孔插件元件已无法缩小电子产品功能更完整
2、，所采用的集成电路（IC）已无穿孔元件，特别是人规模、高集成IC, 不得不采用表面贴片元件产品批量化，生产自动化，厂方要以低成本高产量，出产优质产品以迎合顾客需求及加强 市场竞争力电子元件的发展，集成电路（IC）的开发，半导体材料的多元应用电子科技革命势在必行，追逐国际潮流编辑本段SMT基本工艺构成要素印刷（或点胶）- 贴装- （固化）-回流焊接- 清洗- 检测- 返修印刷：其作用是将焊膏或贴片胶漏印到PCE的焊盘上，为元器件的焊接做准备。所用设 备为印刷机（锡膏印刷机），位于SMT生产线的最前端。点胶：因现在所用的电路板人多是双面贴片，为防ll二次回炉时投入面的元件因锡膏再次 熔化而脱落，故
3、在投入面加装点胶机，它是将胶水滴到PCB的固定位置上，其主要作用是 将元器件固定到PCE板上。所用设备为点胶机，位于SMT生产线的最前端或检测设备的后 面。有时由于客户要求产出面也需要点胶，而现在很多小工厂都不用点胶机，若投入面元 件较大时用人工点胶。贴装：其作用是将表面组装元器件准确安装到PCE的固定位置上。所用设备为贴片机， 位于SMT生产线中印刷机的后面。固化：其作用是将贴片胶融化，从而使表面组装元器件与PCE板牢固粘接在一起。所用 设备为固化炉，位于SMT生产线中贴片机的后面。回流焊接：其作用是将焊膏融化，使表面组装元器件与PCE板牢固粘接在一起。所用设 备为回流焊炉，位于SMT生产线
4、中贴片机的后面。清洗：其作用是将组装好的PCE板上面的对人体有害的焊接残留物如助焊剂等除去。所 用设备为清洗机，位置可以不固定，可以在线，也可不在线。检测：其作用是对组装好的PCE板进行焊接质量和装配质量的检测。所用设备有放人镜、 显微镜、在线测试仪（ICT）、飞针测试仪、自动光学检测（AOI）、X-RAY检测系统、功能 测试仪等。位置根据检测的需要，可以配置在生产线合适的地方。返修：其作用是对检测出现故障的PCE板进行返工。所用工具为烙铁、返修工作站等。 配置在生产线中任意位置。SMT 之 IMCIMC系Intermetallic compound之缩写，笔者将之译为”介面合金共化物”。广义
5、上说是指 某些金属相互紧密接触之介面间，会产生一种原子迁移互动的行为，组成一层类似合金的” 化合物”，并可写出分子式。在焊接领域的狭义上是指铜锡、金锡、银锡及银锡之间的共化 物。其中尤以铜锡间之良性Cu6Sn5(Eta Phase)及恶性Cu3Sn(Epsilon Phase)最为常见，对焊 锡性及焊点可靠度(即焊点强度)两者影响最人，特整理多篇论文之精华以诠释之一、定义能够被锡铅合金焊料(或称焊锡Solder)所焊接的金属，如铜、線、金、银等，其焊锡与被 焊底金属之间，在高温中会快速形成一薄层类似”锡合金”的化合物。此物起源于锡原子及 被焊金属原子之相互结合、渗入、迁移、及扩散等动作，而在冷
6、却固化之后立即出现一层薄 薄的”共化物”，且爭后还会逐渐成长增厚。此类物质其老化程度受到锡原子与底金属原子 互相渗入的多少，而又可分出好几道层次来。这种由焊锡与其被焊金属介面之间所形成的各 种共合物，统称Iiiteimetallic Compound简称IMC,本文中仅讨论含锡的IMC,将不深入涉 及其他的IMCo二、一般性质由于IMC曾是一种可以写出分子式的”准化合物”，故其性质与原来的金属已大不相同， 对整体焊点强度也有不同程度的影响，首先将其特性简述于下： IMC在PCE高温焊接或锡铅重熔(即熔锡板或喷锡)时才会发生，有一定的组成及晶体 结构，且其生长速度与温度成正比，常温中较慢。一直到
7、出现全铅的阻绝层(Barner)才会停 止(见图六)。 IMC本身具有不良的脆性，将会损及焊点之机械强度及寿命，其中尤其对抗劳强度 (Fatigue Stiength)危害最烈，且其熔点也较金属要高。由于焊锡在介面附近得锡原子会逐渐移走，而与被焊金属组成IMC,使得该处的锡量 减少，相对的使得铅屋之比例增加，以致使焊点展性增人(Ducdllky)及固着强度降低，久之 甚至带来整个焊锡体的松弛。 一旦焊垫商原有的熔锡层或喷锡层，其与底铜之间已出现”较厚”间距过小的IMC后， 对该焊垫以后再续作焊接时会有很犬的妨碍：也就是在焊锡性(Solderabihty)或沾锡性 (Wettability)上都
8、将会出现劣化的情形。焊点中由于锡铜结晶或锡银结晶的渗入，使得该焊锡本身的硬度也随之增加，久之会 有脆化的麻烦。 IMC会随时老化而逐渐增厚，通常其已长成的厚度，与时间人约形成抛物线的关系， 即：6 =k V t,k=k exp(Q/RT)&表示t时间后IMC已成长的厚度。K表不在某一温度卜IMC的生长常数。T表示绝对温度。R表示气体常数，即 8.32 J/moleoQ表示IMC生长的活化能。K=IMC对时间的生长常数，以 mil/ J 秒或 u m/ J 口(1 u m/ /口= 3.4mn/ J 秒。现将四种常见含锡的IMC在不同温度卞，其生长速度比较在下表的数字中：表1各种IMC在不同温度
9、中之生长速度(mil/ Vs)金属介面 20C 100C 135C 150C 170C1. 锡/金402. 锡 / 银 0.08 17-353. 锡 / 银 0.08 1 54. 锡 / 铜 0.26 1.4 3.8 10注在170C高温中铜面上，各种含锡合金IMC层的生长速率，也有所不同；如热浸锡 铅为5mn/s,雾状纯锡镀层为7.7(以下单位相同)，锡铅比30/70的皮膜为11.2,锡铅比70/30 的皮膜为12.0,光泽镀纯锡为3.7,其中以最后之光泽镀锡情况较好。三、焊锡性与表面能若纯就可被焊接之底金属而言，影响其焊锡性(Solderability)好坏的机理作用甚多，其中要 点之一就
10、是”表面自由能” (Surface Free Energy,简称时可省掉Free)的人小。也就是说可焊 与否将取决于：(1) 被焊底金属表面之表面能(Surface Energy),(2) 焊锡焊料本身的”表面能”等二者而定。凡底金属之表面能人于焊锡本身之表面能时，则其沾锡性会非常好，反之则沾锡性会变差。 也就是说当底金属之表面能减掉焊锡表面能而得到负值时，将出现缩锡(Dewetting),负值愈 人则焊锡愈差，甚至造成不沾锡(Non-Wetting)的恶劣地步。新鲜的铜面在真空中测到的”表面能”约为1265达因/公分，63/37的焊锡加热到共熔点 (Eutectic Point 183C)并
11、在助焊剂的协助卞，其表面能只得380达因/公分，若将二者焊一起 时，其沾锡性将非常良好。然而若将上述新鲜洁净的铜面刻意放在空气中经历2小时后，其 表面能将会遽降到25达因/公分，与380相减不但是负值(-355),而且相去甚远，焊锡自然 不会好。因此必须要靠强力的助焊剂除去铜面的氧化物，使之再活化及表面能之再次提高, 并超过焊锡本身的表面能时，焊锡性才会有良好的成绩。四、锡铜介面合金共化物的生成与老化当熔融态的焊锡落在洁铜面的瞬间，将会立即发生沾锡(Wetting俗称吃锡)的焊接动作。 此时也立即会有锡原子扩散(Difftise)到铜层中去，而铜原子也同时会扩散进入焊锡中，二者 在交接I I上
12、形成良性且必须者CU6S115的IMC,称为n -phase(读做Eta相)，此种新生”准化 合物”中含锡之重量比约占60%。若以少量的铜面与多量焊锡遭遇时，只需3-5秒钟其IMC 即可成长到平衡状态的原度，如240C的0.5 u m到340C的0.9 u然而在此交会互熔的同时，底铜也会有一部份熔进液锡的主体锡池中，形成负面的污染。(a) 最初状态：当焊锡着落在清洁的铜面上将立即有n -phase Cu6Sn5生成，即图中之(2) 部分。(b) 锡份渗耗期：焊锡层中的锡份会不断的流失而渗向IMC去组新的Cu6Sn5,而同时铜 份也会逐渐滲向原有的n -phase层次中而去组成新的Cn3Sn,即
13、图中之(5)。此时焊锡中之锡 量将减少，使得铅量在比例上有所增加，若于其外表欲再行焊接时将会发生缩锡。(c) 多铅之阻绝层：当焊锡层中的锡份不断渗走再去组成更厚的IMC时，逐渐使得本身的 含铅比例增加，最后终于在全铅层的挡路下阻绝了锡份的渗移。(d) IMC的曝露：由于锡份的流失，造成焊锡层的松散不堪而露出IMC底层，而终致到达 不沾锡的卜场(Non-wetting)o高温作业后经长时老化的过程中，在Eta-phase良性IMC与铜底材之间，又会因铜量的不 断渗入Cu6Sn5中，而逐渐使其局部组成改变为Cu3Sn的恶性 -phase(又读做Epsilon相)。 其中铜量将由早先n -phase
14、的40%增加到 -phase的66%。此种老化劣化之现彖，随着时间 之延长及温度之上升而加剧，且温度的影响尤其强烈。由前述”表面能”的观点可看出，这 种含铜量甚高的恶性 -phase,其表面能的数字极低，只有良性n -phase的一半。因而Cu3Sn 是一种对焊锡性颇有妨碍的EvICa然而早先出现的良性H -phase Cu6Sn5,却是良好焊锡性必须的条件。没有这种良性Eta 相的存在，就根本不可能完成良好的沾锡，也无法正确的焊牢。换言之，必需要在铜面上首 先生成Eta-phase的IMC,其焊点才有强度。否则焊锡只是在附着的状态下暂时冷却固化在 铜面上而已，这种焊点就如同人树没有根一样，亳
15、无强度可言。锡铜合金的两种IMC在物 理结构上也不相同。其中恶性的 -phase(Cu3Sn)常呈现柱状结晶(Columnar Structure),而良 性的n -pliase(Cu6Sn5)却是一种球状组织(Globular)。下图8此为一铜箔上的焊锡经长时间老 化后，再将其弯折磨平抛光以及微蚀后，这在SEM2500倍下所摄得的微切片实像，两IMC 的组织皆清晰可见，二者之硬度皆在500微硬度单位左右。在IMC的增厚过程中，其结晶粒子(Grains)也会随时在变化。由于粒度的变化变形，使得 在切片画面中屋测厚度也变得比较困难。一般切片到达最后抛光完成后，可使用专门的微蚀 液(NaOH50/gl,加1, 2-Nitiphenol 35inl/L 70C卞操作)，并在超声波协助下，使其能咬出清晰的 IMC层次，而看到各层结晶解里面的多种情况。现将锡铜合金的两种IMC性质比较如卞：两种锡铜合金IMC的比较命名分子式含锡量W%出现经过位置所在颜色结晶性能表面能n -phase(Eta) Cu6Sn5 60%高温融锡沾焊到清洁铜面时立即生成介于焊锡或纯锡与铜之间的介面白色球状组织良性IMC微焊接强度之必须甚高 -pliase(Epsilon) Cu3Sn 30%焊后经高温或长期老化而逐渐发生介于Cu6Sn5与铜面之间灰色柱状结晶恶性IMC将造成缩锡或不沾锡 较
