柯肯达尔空洞与工艺空洞:切片上不是一回事
一块板在高温存储试验后做切片,铜焊盘与焊料之间出现一排微孔,有人判为焊接不良,要求追查回流曲线。换个角度看,这类空洞在试验前并不存在,回流参数也一直稳定,它更像是界面在长时间受热后自己长出来的。
界面上的两种化合物
锡与铜接触后,界面会生成两种金属间化合物:靠近焊料一侧是Cu6Sn5,靠近铜一侧是Cu3Sn。这层化合物是良好结合的证据,没有它反而说明没焊上。但它同时是脆性相,厚度与连续性决定了界面的长期可靠性。
空洞怎么长出来
Cu3Sn继续生长需要铜原子不断从铜层扩散过来,而锡原子向铜层扩散的速度慢得多。两侧扩散通量不平衡,铜原子迁走的位置留下空位,空位聚集就形成微孔。孔多到连成片,界面有效结合面积下降,热循环或跌落时裂纹会沿着这条界面扩展。
与工艺空洞怎么区分
工艺空洞来自助焊剂挥发、润湿不良或焊膏夹气,位置多在焊料体内,形状偏圆,单个或成簇分布,回流后立即存在。柯肯达尔空洞贴着界面,形状不规则,常沿界面连成一层,且在高温存储、多次回流或长期老化后才明显。两者的位置与时间线不同,分开看并不难,难在只做一次X-Ray就下结论。
切片怎么判
X-Ray对界面上的微米级孔不敏感,判断要靠切片。制样时抛光方向要垂直于界面,避免涂抹把微孔盖住;观察时沿界面分段记录孔的密度与连片长度,而不是只写"有空洞"。同时量测Cu3Sn与Cu6Sn5的总厚度,厚度异常增长往往与孔同步出现。
加速因素与管控
高温存储温度越高、时间越长,孔越明显;回流次数多、峰值温度高、回流时间长,同样会推高界面热预算。板厂的镀铜质量与铜层杂质也有影响,晶粒粗大或夹杂多的镀层更容易出现空洞。可做的管控包括:控制返修与二次回流次数、按产品寿命设定合理的回流窗口、把高温存储纳入可靠性验证、对关键产品要求板厂提供镀铜工艺说明。
说清楚边界
柯肯达尔空洞无法完全消除,只能减缓。行业里没有统一的允收限值,判据通常由产品可靠性等级与客户要求共同确定。把"有孔"直接判为不良,或者把"孔少"当成没问题,都不稳妥,合理的做法是结合界面结合面积、孔的位置与产品使用条件综合判断。
恒烁电子在失效分析中按孔的位置与形态区分界面空洞与工艺空洞,必要时用切片与扫描电镜确认。具体判据以产品可靠性要求及双方确认的验收规范为准。
关于恒烁电子
常州恒烁电子有限公司(品牌"恒烁电子")成立于 2014 年,位于常州市钟楼区,从 2000 年起投资 SMT 设备,长期专注于 SMT 贴片、DIP 插件加工与整机 OEM 代工。公司拥有约 3000 平方米专业厂房、五条 SMT 全自动高速贴片生产线、多条 DIP 插件线与组装测试线,并设有成品老化车间与独立工装制作部门,服务行业覆盖通信、办公自动化、汽车电子、工业自动化、电力电表、LED 照明与消费电子等领域。
本文所引标准与行业参数以现行有效版本及供应商正式技术资料为准,具体工艺条件请以双方确认的工艺文件执行。

