PCBA大讲堂：用数据比较OSP及ENIG表面处理电路板的焊接强度

　　这份报告基本上采用了推力(Shear-test)及拉力(Pull-test)两种测试方法，但深圳宏力捷这里只取其推力的报告，有兴趣的读者可以在网络上找一下这份原文的报告，而这里的推力实际为锡球侧向的剪切力(Shear)，如上图的测试方法。以锡球的「破裂强度(Fracture Energy)」来计算其焊接强度的，因为当最大剪切力出现时锡球还不一定整颗完全掉落下来，有些可能只是裂开一部分，但推力的最大值已经求出，所以仅计算最大剪切力来代替焊锡强度会有点失真，应该要计算其整个剪切力与距离所形成的封闭区域面积（上图）才比较能代表焊接强度从整份报告看来，针对OSP及ENIG表面处理的焊接强度结果可以归纳为下列几点结论：▪施加于锡球的剪切速度(shear speed)越快，不论锡球是焊接于OSP或ENIG的表面处理上，其断裂能量(Fracture Energy)都会随着剪切速度的增加而急速下降。这说明，而零件越重者，受到的伤害就会越大，因为F=ma。摔落的高度越高也就越不利。以SAC305焊锡来说，OSP表面处理板子的焊锡对抗剪切力的破裂强度较ENIG表面处理的板子来的优秀，尤其是在100mm/sec剪切力速度时差异最为明显，但是到了1,000mm/sec以上的剪切速度时，两者的间的差距则越来越小。这个可以解释手机做裸机高处摔落测试(drop test)时ENIG与OSP差异不大，但是做滚动测试(tumble test)时OSP明显比ENIG来得优秀。报告中还特别针对一次回焊(As reflow)、二次回焊(Double reflow)、回焊后放置于150C环境下200(H)小时(Reflow + ;C)做了实验及比较，最主要目的在了解IMC(Intermetallic Compounds)在时间及温度条件下对BGA锡球焊锡强度的影响性。何谓IMC (Intermetallic Compound)？IMC与PCB焊接强度有何关系？表面处理与SAC305形成焊锡的剪切力测试的破裂强度来看，一次回焊及二次回焊对其焊锡强度影响似乎不大明显，但是随着高温时间老化后，其焊锡强度则明显下降。这个可以推论是因为OSP铜基地与锡球最初形成Cu6Sn5为良性IMC，但随着时间老化后，「铜」会慢慢的渗透到界面层并与原来的IMC发生反应，渐渐转变为Cu3Sn劣性IMC有关。也就是说铜基地的焊锡强度会随着时间老化而变差，产品卖到市场上越久，不良率就会越高。表面处理与SAC305形成焊锡的剪切力测试来看，不论是一次回焊、二次回焊、回焊后放置于150C环境下200(H)小时来看，其破裂强度（焊接强度）似乎没有特别明显的差异。相对来说，ENIG一旦经过设计信赖度品质验证，日后在市场上的不良率应该比较低，但前提是不计「黑垫」这类PCB生产时的瑕疵。

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