Ag-Pd端电极分离失效分析案例研究

钱雨鑫 ， 姚宏旭 ， 楼倩

（1.工业和信息化部电子第五研究所，广东 广州 510610；2.宁波赛宝信息产业技术研究院有限公司，浙江 宁波 315040）

0 引言

在电阻、电容等结构中，端电极起到了链接本体内电极与外围线路的作用，目前主要的端电极有纯银端电极和三层电极 （常用的有Ag/Ni/Sn）两大类[1]。本文以压敏电阻为研究对象，分析了电阻的本体和可焊端发生分离的原因。

1 案例分析

1.1 背景

失效样品为压敏电阻，客户反映样品焊接后镀层与本体发生分离。根据客户提供的资料焊接，Ag-Pd端子和电阻的本体时主要运用混装工艺中的导电胶粘结技术而不能运用无铅焊接工艺，因为采用导电胶粘技术焊接Ag-Pd端电极和电阻的本体时，Ag-Pd端子被腐蚀的可能性会降低。

1.2 分析过程

首先对失效样品的外观进行检查，发现失效样品的两个可焊端均发生了溶蚀现象，电阻本体状况良好，失效样品的外貌图如图1所示。

图1 失效压敏电阻的外貌图

客户提供的两个失效样品均是在经过金属耐溶蚀性试验 （260℃，＞20 s）后发生了可焊端与本体分离的现象。我们依据IPC J-STD 002C Test D标准，对正常样品的可焊端的一端进行金属耐溶蚀性试验，试验结果显示，样品在260℃的锡铅焊料中停留10 s时，其可焊端焊料覆盖良好，未出现异常；当停留时间达到20 s时，可焊端拐角处的金属发生溶蚀现象；当停留时间达到30 s后，样品的可焊端发生溶蚀，试验图片如图2所示。

图2 样品经过金属耐溶蚀性试验后的照片

利用扫描电子显微镜 （SEM：Scanning Electron Microscope） 和能谱仪 （EDS：Energy Dispersive Spectrometer）对正常样品的可焊端的成分进行分析，由能谱结果得知，可焊端的材料为Ag-Pd，其中Pd的含量在23%左右，未发现明显的异常元素，在电阻本体靠近可焊端的位置探测到了Ag元素。利用SEM&EDS对失效样品的残留焊料进行分析，得知焊料中除了有主成分Sn元素，还有Ag、Pd元素。详细结果如图3所示。

制作已经完成了金属耐溶蚀性试验后的电阻样品的金相切片，然后利用SEM&EDS对样品的金相切片进行分析，得到的结果如图4所示。结果显示，经过了金属耐溶蚀性试验后，样品的可焊端中的Ag-Pd材料在SnPb焊料中发生了一定程度的扩散。对样品进行SEM面扫描，得到的结果进一步证明了Ag-Pd端子的扩散，扫描结果如图5所示。

图3 SEM&EDS结果

图4 样品金相切片SEM&EDS

图5 样品进行SEM面扫描

2 结果与讨论

利用SEM&EDS对正常样品的可焊端和本体的成分进行分析，由分析结果可得知可焊端的材料为Ag-Pd，其中Pd的含量在23%左右，未发现明显的异常元素，在电阻本体靠近可焊端的位置探测到了Ag元素，说明Ag存在一定程度的迁移。

对样品进行金属耐溶蚀性试验时发现，样品在260℃的锡铅焊料中停留10 s后，未出现异常现象；停留20 s后，样品的可焊端出现了溶蚀现象，溶蚀面积小于可焊端面积的25%；停留30 s后，样品出现了明显的溶蚀现象。制作样品的金相切片，并利用SEM&EDS对样品的金相切片进行分析，结果表明，Ag-Pd端子在锡铅焊料中发生了扩散现象，从而导致了可焊端与电阻本体发生分离。

金属Ag本身非常容易扩散迁移，但是，在Ag中加入Pd后，Ag与Pd形成的Ag-Pd合金可以抑制Ag的迁移，其中Pd的含量越高，Ag-Pd合金抑制Ag扩散迁移的能力就越强[2-3]。在本案例的焊接过程中，Ag与Sn在221℃时会发生反应，形成锡基质相位的共晶结构和ε金属之间的化合相位 （Ag3Sn），从而导致了压敏电阻的可焊端与本体发生分离[4-6]。

综上所述，由于Ag-Pd端子在与SnPb焊料焊接的过程中，Ag在221℃会与Sn形成低熔点合金，且过长的焊接时间和偏高的焊接温度会加剧Sn-Ag合金的形成，因而导致了压敏电阻的可焊端与本体发生分离[5-6]。

3 结束语

经过上述案例分析，我们可以得到如下结论：过长的焊接时间和偏高的温度导致了Ag-Pd镀层端子中的Ag与焊料中的Sn形成低熔点合金物质，进而导致了电阻的可焊端与本体发生分离。因此，在焊接Ag-Pd镀层端子与电阻本体的过程中，建议使用导电胶粘结工艺，以防止焊接过程中Ag在高温下与焊料中的Sn发生反应而影响焊接的质量。

[1]蒋鹤麟.微电子工业中的贵金属浆料 [J].贵金属，1997， 18 （4）： 53-58.

[2]姚健，卫国强，石永华.无铅电子封装中的电迁移 [J].焊接技术，2010，39 （3）：1-5.

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[4]庄立波，包生祥，汪蓉.MLCC端电极Sn镀层的焊接失效分析 [J].电子元件与材料，2009，28（3）：68-70.

[5]魏建中.银钯内电极与多层陶瓷电容器 （MLC）的可靠性 [J].电子产品可靠性与环境试验，2002，20（3）：1-3.

[6]沈骏.Sn-Ag系无铅焊料中金属间化合物的形成与控制[D].天津：天津大学，2005.