千住無鉛錫球
近年來，智能手機和平板電腦 等移動設備不斷面市，并迅 速向設備的小型化和高性能化發展。這些設備配備了球柵陣列封裝（Ball Grid Array）和芯片尺寸封裝（Chip Size Package）等眾多高密度貼裝部件，對接合部的焊錫材料要求日益增高。
千住無鉛錫球滿足超微間距化和耐跌落沖擊性的產品要求
對于必須采用小型化結構的移動設備而言， 焊錫接合部分要求在具備超微間距化的同時具備耐跌落沖擊性。伴隨著產品向高可靠性化、高性能化及高密度化發展，對耐熱疲勞性的要求也日益加強。BGA 錫珠和 CSP 等進行球柵連接的基板表面處理材料包含 Cu 和 Ni/Au 等各種規格，對各自相應的材料要求具備較高的連接可靠性。焊錫接合部的此耐熱疲勞性和耐跌落沖擊性對于材料而言屬于相反的特性，難以同時兼顧，但千住金屬工業開發出了滿足這兩項要求的千住無鉛錫球（ ECO SOLDER BALL） M770。評價焊錫接合部的熱疲勞性通常采用溫度循環實驗。該實驗中焊錫接合部的破壞模式為焊錫內部結晶產生裂縫，直至斷裂。該斷裂將對機械強度產生影響，導致電路斷路等問題。該 破 壞 模 式 下， 隨 著 溫 度 的 變化，產生的熱應力對焊錫內部結晶體形 成 負 荷。 通 過 析 出 加 強， 即 添 加Ag 等元素，在結晶體內將化合物呈網絡狀析出的方式可實現熱疲勞性的提高。此外，焊錫的內部結晶強度取決于所添加的 Ag 量。保證較佳程度的Ag 量可同時獲得耐熱疲勞效果和應力緩沖效果。
跌落沖擊性
另一方面，跌落沖擊性與溫度循環實驗的破壞模式不同，屬于在接合界面附近開裂直至斷裂的模式。其原因在于跌落沖擊時接合部的負荷變形速度非常大，并在接合界面形成的脆性金屬互化物附近產生破壞，機械接合強度受損，導致電路連接不暢的問題。因此，改善接合界面組織可有效提高跌落沖擊性。此外，焊錫內部結晶的柔軟性對于跌落沖擊也是重要的因素，這與前面的熱疲勞性正好相反。如何兼顧耐熱疲勞性和耐跌落沖擊性成為一項重大課題。在兼顧熱疲勞性和跌落沖擊性方面，改善焊錫內部結晶可按如前所述向結晶中添加 Ag 予以加強，但其特性取決于 Ag 的添加量。若添加較少，內部結晶組織形成的 Ag3/Sn 化合物量非常少，析出加強的效果不明顯。若添加過多， Ag3/Sn 化合物變得致密且呈網絡狀分布，其組織結構雖然可充分保證內部結晶強度，但缺乏應力緩和性。若只關注熱疲勞性，通過對組織結構的析出加強實現焊錫內部結晶的高強度，則將犧牲跌落沖擊性。在解決這一問題上，通過較佳程度的添加量，實現了對加強內部結晶與應力緩和性均具有效果的合金組織。
接合界面組織的討論
為了提高耐跌落沖擊性，圍繞接合界面的組織開展了討論。錫焊過程是通過焊錫與基板及部件的表面處理材料相互擴散完成的。接合時接合界面會生成各種金屬互化物，此互化物的種類、致密性和厚度等生成狀態將決定跌落沖擊性，對控制焊錫合金組成的界面組織很重要。Cu 和 Ni 為通用的基板表面處理材料，研究重點在于如何讓兩種材料均獲得良好的結果。在界面的組織控制上，抑制化合物層的過度成長以及顆粒直徑的過大化技術非常關鍵，通過添加各種元素，找出較佳程度的添加量，實現了以細微化獲得致密、超薄的接合界面組織。
▲ SOLDER BALL M700
▲ SMIC 焊錫產品
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