Sn-Zn系无铅焊料研究和亟待解决的问题

文章介绍了无铅焊料研究的趋势及Sn-Zn系焊料研究取得的最新进展,分析了Sn-Zn系焊料与Sn-Ag系焊料研究的差距。最后,文章还总结了Sn-Zn系焊料研究面临的困难,找出了存在于基础研究和应用研究领域的若干问题,指出Sn-Zn系焊料的研究还需要更加深入。     

无铅焊料的研究（2）——机械性质（下）

2Sn-Ag系焊料2.1拉伸特性Sn-Ag焊料是目前被最广泛研究的无铅焊料之一。Lin[4]、Xiao[7]、Plumbridge[8]以及Mavoori[21]等人在室温下以1.0×10-3s-1的拉伸变形速率进行拉伸测试,分别获得Sn-Ag焊料的最大拉伸强度为30MPa、46MPa、24MPa以及33MPa。而Suganuma[17]对Sn-Ag/Cu焊点     

无铅焊料及其可靠性的研究进展

环保和微电子器件高度集成化的发展驱动了高性能无铅焊料的研究和开发。本文介绍了国内外对Sn-Ag,Sn-Zn,Sn-Bi,Sn-Sb和Sn-In系无铅焊料的发展现状及所取得的研究成果;列出了美国抗高温疲劳焊料研究计划筛选的七种抗热疲劳无铅焊料合金;对焊点的一般可靠性问题及无铅焊料引入的新的可靠性问题进行了归纳和讨论。     

无铅焊料在电子组装与封装中的应用

随着人们对环境的日益重视和电子封装组装技术的发展,合金焊料的无铅化和质量的要求也越来越高,开发无铅、无毒焊料成为焊料开发的重要方向.介绍了无铅焊料的应用现状及无铅的使用要求,并论述了几种无铅焊料Sn-Ag、Sn-Zn、Sn-Bi系的特点,以及添加其它元素对它们综合性能的影响.     

无铅焊料的研究（3）——物理性质与界面反应

针对具有潜在应用价值的数种无铅焊料合金系统(包括Sn-Cu、Sn-Ag、Sn-In和Sn-Ag-Cu合金,尤其是具有应用潜力的共晶合金),整理分析了有关其界面反应与物理性质方面的研究结果,可作为无铅焊料相关研究的参考.     

Sn-Ag和Sn-Zn及Sn-Bi系无铅焊料

随着微电子组装技术的发展，研制新型的和实用的无铅焊料替代传统的Sn-Pb焊料已成为近年的研究热点。介绍了目前最常见的Sn-Ag、Sn-Zn和Sn-Bi为基体的无铅焊料并与传统的Sn-Pb焊料的性能进行了比较。     

无铅焊料的研究（1）——反应润湿性

针对数种无铅焊料,如Sn-Cu、Sn-Ag、Sn-In与Sn-Ag-Cu四种合金,尤其是具应用潜力的共晶无铅合金与Cu、Ag、Ni三种基材的接触,整理分析了其重要的基础性质——反应润湿,可作为无铅焊料相关研究的参考。     

无铅焊料的选择与对策

通过大量的数据信息分析了各研究机构在无铅焊料方面的研究成果,在目前流行使用的无铅焊料的基础上,进一步研究并比较了其中的Sn-Cu系列与具有专利限制的SnAgCu系列焊料在消费类电子产品组装的波峰焊工艺中使用的可靠性,同时研究并比较Sn-Ag系列焊料与SnAgCu系列焊料在回流焊工艺使用的情况.结果表明,Sn-Cu共晶焊料在消费类电子产品组装的波峰焊工艺中完全可以取代Sn-Ag-Cu系列焊料,同时满足使用要求;而同样技术成熟的Sn-Ag共晶焊料也完全可以取代SnAgCu系列焊料在回流焊工艺使用,焊点的可靠性与成本可以媲美SnAgCu焊料,而且该二元合金在使用维护以及回收利用方面具有相当的优势.     

无铅焊料的选择与对策（未完待续）

通过大量的数据信息分析了各研究机构在无铅焊料方面的研究成果，在目前流行使用的无铅焊料的基础上，进一步研究并比较了其中的Sn-Cu系列与具有专利限制的SnAgCu系列焊料在消费类电子产品组装的波峰焊工艺中使用的可靠性，同时研究并比较Sn-Ag系列焊料与SnAgCu系列焊料在回流焊工艺使用的情况。结果表明，Sn-Cu共晶焊料在消费类电子产品组装的波峰焊工艺中完全可以取代Sn-Ag-Cu系列焊料，同时满足使用要求；而同样技术成熟的Sn-Ag共晶焊料也完全可以取代SnAgCu系列焊料在回流焊工艺使用，焊点的可靠性与成本可以媲美SnAgCu焊料。而且该二元合金在使用维护以及回收利用方面具有相当的优势。     

中国无铅钎料专利研究报告

本文涵盖了自1995年至2005年所有涉及到无铅钎料的中国专利。报告的钎料范围是用于表面组装技术，有明确限定成分和成分质量比的Sn基无铅钎料（无铅焊料）。报告的主要内容包括无铅钎料专利的申请者情况及申请和授权情况；在申请专利钎料中Sn-Zn系、Sn-Ag系、Sn-Bi系和Sn-Cu系的数量分布情况以及钎料所含元素情况；国外申请者申请和授权情况；制备方法的情况。最后指出了我国的无铅钎料专利领域存在的问题和发展方向。     

无铅钎料开发研究现状

综述了国内外无铅钎料开发的新进展和部分钎料的应用情况,重点介绍了合金元素对Sn-Zn和Sn-Ag两种合金系的性能影响。结合目前的研究成果,详细介绍了无铅钎料开发的现状及前景。     

表面封装用无铅软钎料的接头强度及熔点范围的研究

研究了Bi的添加量,对电子表面封装(SMT)用Sn-Ag近共晶无铅软钎料钎焊接头抗拉强度和熔点及熔点范围的影响。随着Bi含量的增加,钎焊接头抗拉强度也随着增加,同时钎料的液固相线温度均降低。当Bi的含量达到5%时,抗拉强度增加快;Bi的添加量大于5%时,抗拉强度上升缓慢。在Bi的含量增加时,熔点温度范围也逐渐变宽,使得凝固时间变长,这对于表面组装中的电子元件与器件的焊接是非常不利的。故在Sn-Ag近共晶无铅软钎料中Bi的添加量,应加以适当的控制。     

无铅可焊性镀层及其在电子工业中的应用

在电子工业中 ,为消除铅的污染 ,探讨了各种替代Sn-Pb合金的无铅可焊性镀层。论述了电镀Sn -Zn、Sn-Ag、Sn-Bi合金的方法及其镀层的可焊性能。     

无铅焊料的研究（21）——机械性质（上）

针对Sn-Cu、Sn-Ag、Sn-Ag-Cu以及Sn-In等几种具有广泛应用前景的无铅合金焊料的重要基础性质之一的机械性质,介绍分析了目前在诸如抗拉伸强度、蠕变特性、疲劳特性等方面所取得的一些研究成果,以及金属间化合物对焊料可靠性的影响。     

Development of nano-composite lead-free electronic solders

Inert, hybrid inorganic/organic, nano-structured chemicals can be incorporated into low melting metallic materials, such as lead-free electronic solders, to achieve desired levels of service performance. The nano-structured materials technology of polyhedral oligomeric silsesquioxanes (POSS), with appropriate organic groups, can produce suitable means to promote bonding between nano-reinforcements and the metallic matrix. The microstructures of lead-free solder reinforced with surface-active POSS tri-silanols were evaluated using scanning electron microscopy (SEM). Wettability of POSS-containing lead-free solders to copper substrate was also examined. Steady-state deformation of solder joints made of eutectic Sn-Ag solder containing varying weight fractions of POSS of different chemical moieties were evaluated at different temperatures (25°C, 100°C, and 150°C) using a rheometric solids analyzer (RSA-III). Mechanical properties such as shear stress versus simple shear-strain relationships, peak shear stress as a function of rate of simple shear strain, and testing temperature for such nano-composite solders are reported. The service reliability of joints made with these newly formulated nano-composite solders was evaluated using a realistic thermomechanical fatigue (TMF) test profile. Evolution of microstructures and residual mechanical property after different extents of TMF cycles were evaluated and compared with joints made of standard, unreinforced eutectic Sn-Ag solder.     

Wetting Kinetics of Eutectic Lead and Lead-Free Solders: Spreading over the Cu Surface

Wetting kinetics of Sn, eutectic Sn-Ag, eutectic Sn-Cu, and eutectic Pb-Sn was studied using real-time in situ monitoring of the triple-line movement, facilitated by a hot-stage microscopy system under a controlled atmosphere. Significantly different kinetics of lead versus lead-free solders is documented. In case of the eutectic lead solder, four characteristic spreading stages were identified. Spreading of lead-free solders features two stages with a sharp change of the spreading rate at the early stages of rather insignificant spreading. Scanning electron microscopy and energy-dispersive x-ray spectroscopy analysis of the resolidified solder surface within a halo region is discussed.