Sn-Ag-Cu BGA元件使用共晶Pb-Sn焊膏的焊点可靠性（一）

在电子产业无铅化的转折期。元件供应商也许要为区分无铅与含铅的不同元件而准备双重的生产线。这会给制造部门的后勤供应带来问题。当生产中实现全部的无铅化后，这一问题才可能解决。因此，研究Sn—Ag—CuBGA元件使用共晶Pb—Sn焊膏的焊点可靠性问题，在当前非常必要。本文提出了关于VFBGA（极细间距BGA）及SCSP（芯片级尺寸封装）无铅封装元件在印刷电路板（PCB）组装中使用共晶Pb—Sn焊膏的焊点可靠性评估。在标准的Pb—Sn组装环境下，使用了各种不同的回流曲线。峰值温度从208℃至222℃。回流曲线类型为浸润型曲线（Soak Profile）及帐篷型曲线（Direct Ramp Up Profile）。组装后的PCB板被选择进行了板级温度循环测试（-40℃至125℃，每30分钟循环一次）及跌落测试。失效细节分析同样会在本文提及。     

采用锡铅焊膏粘接的Sn—Ag—Cu BGA元件的焊点可靠性

在转向无铅电子产品过程中，元件供应商可能需要支持无铅和合铅元件的双线生产。而这可能合在生产制造中引起广泛的后勤问题。全部使用无铅元件是这个问题的一个解决方法。因此，用锡铅共晶焊膏粘接的Sn-Ag—Cu BGA元件的焊点可靠性需加讨论。在这篇论文中介绍了对两种无铅封装：超细间距BGA(VFBGA)和层叠式CSP(SCSP)的焊点可靠性评估结果，它们是应用锡铅共晶焊膏贴在PCB板上。而这些封装都是采用不同的回流曲线在标准的锡铅组装条件下组装的。采用合保温区或斜升区的热度曲线。回流峰值温度为208℃和222℃。组装后PCB(称为板级)进行温度循环(-40℃—125℃，每个循环30分钟)和落体实验。下面将会详细叙述失效分析。     

低银无铅焊膏板级封装工艺和焊点可靠性试验

针对低Ag无铅焊膏的市场需求,研究开发了一种适用于99.0Sn0.3Ag0.7Cu低Ag无铅焊膏用松香型无卤素助焊剂(WTO—LF3000),配制了相应的无铅焊膏(WTO—LF3000—SAC0307),并对其板级封装工艺适应性及焊点可靠性进行了考察,用测试后样品的电气可靠性作为接头可靠性评价条件。结果表明:所开发的低Ag无铅焊膏熔点和润湿性符合产品实际要求。配制的焊膏印刷质量良好,焊点切片观察其孔隙率<25%,满足行业标准IPC—A—610D之要求。样品分别经跌落、震动和温度循环试验后,无焊点脱落等现象,电气功能正常。     

元件焊端镀层对无铅焊点可靠性的影响

电子产品无铅化的转变加速了对元件焊端镀层的无铅化研究，目前候选无铅镀层有纯锡、锡铋或锡铜合金。当然,Sn—Ag—Cu焊料和以上这些镀层结合而构成的焊点的可靠性是大家关注的重点。Sn—Ag—Cu焊料和元件焊端镀层若不相容会导致焊点变脆、强度降低、缺乏热疲劳抵抗力，特别在产品生命周期的后期。对焊点的可靠性影响尤为明显。在本中我们研究了由Sn-3．8Ag-0．7Cu焊料和不同的元件焊端镀层：纯锡、Sn-3Cu、锡铋合金(铋的重量百分比分别为1％、3％、6％)组成的SMT焊点可靠性。中给出了焊点金相分析、焊点老化前和老化后的引脚拉伸测试的试验结果，首次发表了SMT焊点加速热循环试验的结果，也提到了Sn—Bi和Sn—Pb镀层对波峰焊焊点可靠性的少量研究结果。通过我们的研究发现，所有试验元件的无铅镀层和Sn—Ag—Cu焊料构成的焊点性能至少和常规的锡铅焊点一样好。     

添加SAC微粒对SnBi锡膏焊后性能的影响

采用机械混合的方法,向Sn58Bi(Sn Bi)共晶锡膏中添加不等量的Sn-3.0Ag-0.5Cu(SAC)微粒,制备Sn Bi-SAC复合锡膏。在不改变Sn Bi锡膏低温焊接工艺的前提下,改善Sn Bi锡膏焊后合金硬脆缺陷。实验结果表明:Sn Bi-SAC复合锡膏中SAC微粒含量分别为质量分数0,3%,5%,8%时,采用180℃低温焊接均可获得良好的钎焊效果。与Sn Bi共晶锡膏焊后合金相比较,Sn Bi-SAC复合锡膏中SAC微粒含量的增加促使焊后合金微观组织中的β-Sn相含量与晶粒尺寸增大,改善了Sn Bi焊后合金中富Bi相的致密网状结构。当锡膏中SAC微粒含量由0增大至质量分数8%时,合金硬度从213.9 m Pa下降到117 m Pa,对Sn Bi锡膏焊后合金硬脆缺陷起到改善效果。     

无铅焊接可靠性讨论及过渡阶段有铅、无铅混用应注意的问题（下）

目前正处于从有铅产品向无铅产品过渡的特殊阶段。由于对无铅焊点的长期可靠性等方面问题的研究还处在初期研究阶段,有铅和无铅混用时,可能会发生材料之间、工艺之间、设计之间不相容等问题而影响电子产品的可靠性。本文主要讨论过渡阶段有铅、无铅混用对可靠性的影响,以及通过对有铅誊无铅混用制程分析,介绍不同工艺（再流焊与波峰焊）、不同的元件（无引线或有引脚元件与BGA、CSP等球栅阵列元件）、不同混用情况对焊点可靠性的影响及过渡阶段有铅和无铅混用的应对措施与应注意的问题。文章中的观点供参考并与同行共同讨论。