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.     

Sn-Zn无铅焊料的研究与发展

踏入21世纪,环境保护已成为国家可持续发展策略的一部分;由于铅污染环境并严重影响人类和牲畜的生存质量,因此对使用有铅焊料的电子产业,迫切需要研究开发出新型的无铅焊料;而Sn-Zn无铅焊料是一种有希望取代传统铅锡焊料的合金.综述了SnZn合金的研究成果,主要分析了该合金系中各元素的作用和焊接后的界面情况,并提出了改进Sn-Zn合金的方向.     

Sn—Bi无铅焊料的研究

通过总结传统Sn-Pb焊料的特点和研制无铅焊料的条件,综述Sn-Bi无铅焊料低熔点等优点以及脆性大、易偏析的缺点,分析添加In,Ag,AI,Sb等微量合金元素对Sn-Bi无铅焊料微观组织及性能的影响,提出了此合金系焊料的抗蠕变性、导电性、润湿性、拉伸性能等尚待完善的性能及可采用合金化、开发新型焊剂等新方法使Sn-Bi焊料成为理想的无铅焊料,为无铅焊料的进一步研究提供一定的参考.     

微量Co对第二代低银SAC焊料合金改性机理研究

目前电子制造业界把低成本的低Ag无铅焊料合金定义为第二代无铅焊料合金。在目前已公开的第二代无铅低Ag焊料合金类型中,又以掺入微量Co改性的应用性能和可靠性表现最优秀而受到了关注。重点对该类型焊料合金掺Co改性的机理展开了研究试验。在研究试验结论的基础上,分析了其推广应用的良好前景。     

Sn-Bi基低温无铅焊料的研究进展

作为一种新型低温无铅焊料,Sn-Bi基低温无铅焊料具有较低的熔化温度以及优良的焊接性能,在电子封装领域有着广泛的应用。随着电子元器件向微型化方向的发展,对低温无铅焊料的性能提出了更高的要求。添加微量的合金元素及纳米颗粒可以改善焊料的组织性能,满足电子元器件发展的需求。系统介绍了Sn-Bi基低温无铅焊料的组成、结构以及焊接性能,综述了合金元素和纳米颗粒对Sn-Bi基低温无铅焊料组织性能的影响及作用机理,分析了在研制Sn-Bi基低温无铅焊料过程中存在的不足之处,并提出了相应的改进方法。最后对Sn-Bi基低温无铅焊料在发展中需要关注的问题进行了总结与展望。     

无铅工艺和有铅工艺

随着国际环保要求逐步提高,无铅工艺成为电子产业发展的一个必然过程。详细介绍了有铅工艺和无铅工艺的焊料合金成分、焊料成本、焊料合金熔点温度、焊料合金可焊性、焊焊接后出现的各种故障现象和焊接工艺特点,同时指出了有铅和无铅工艺对电子元器件和PCB要求的不同点,指出了它们的利弊以及使用设备的通用性。     

无铅焊料的蠕变行为研究进展

无铅焊料已经逐渐代替锡铅焊料广泛应用于电子产品连接技术。但其在环境中的物理和机械性能,尤其是蠕变性能却低于锡铅焊料合金,成为无铅焊料可靠性的主要问题。综述了近些年来无铅焊料蠕变性能的研究,包括蠕变机制、蠕变本构方程、焊点尺寸、无铅合金成分、金属间化合物以及微观组织结构对蠕变性能影响等主要研究热点,并对此领域的发展做出了展望。     

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.     

电子产品无铅化的环保新问题

电子制造过程无铅化已是大势所趋。但目前研发的无铅焊料也存在一些问题:如所添加的合金元素也会污染环境并危害人体健康;大部分添加的合金元素储量有限;无铅焊料生产加工所消耗的能量大大高于锡铅焊料等。指出研发新的绿色互连技术、采取有效的废弃物回收再利用措施才能从根本上解决电子产品废弃物对环境影响的问题。     

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。     

纳米无铅焊料的研究进展

电子封装互连过程中,无铅锡基焊料是常用的连接材料。然而,由于其较高的熔点(210~240℃),在电子器件连接过程中需施加较高的回流温度,这不仅增加了电子组装过程中的能耗,也大大降低了器件的可靠性。纳米无铅焊料具有热力学尺寸效应,其熔点较块体材料有大幅度的降低,从而受到了越来越广泛的关注。综述了近年来国内外纳米无铅焊料的发展动态,介绍了常用的纳米无铅焊料的制备方法及影响纳米颗粒尺寸的因素,总结了纳米无铅焊料在应用和存放过程中所产生的问题,同时也对纳米无铅焊料未来产业化的实现提出了建议。     

绿色高性能无铅钎料的研究与发展

铅和铅的化合物破坏环境，有害人体健康，国际上无铅的呼声日益高涨，美国，欧洲、日本等发达国家纷纷立法，电子产品无铅化的安排已经提到议事日程，各大公司纷纷展开无铅钎料的研究，并相继试验推出无铅产品，电子组装无铅化是一个系统工程，需要各个环节和全社会的配合，中国在激烈的国际竞争中要赢得市场，必须拥有自主知识产权的无铅钎料及产品，这需要全社会特别是相关企业的重视和全力配合。     

氮气保护无铅波峰焊焊接质量分析

相对于传统的Sn-Pb焊料,无铅焊料更容易氧化,润湿性较差,从而影响波峰焊接质量.N2保护可以降低无铅焊料的氧化,提高无铅焊料的润湿性,从而提高波峰焊接质量.从润湿性的机理分析了N2保护提高无铅焊料润湿性的原因,并通过润湿性实验和波峰焊接试验证实了N2保护的优越性.     

A review on thermal cycling and drop impact reliability of SAC solder joint in portable electronic products

Currently, the portable electronic products trend to high speed, light weight, miniaturization and multifunctionality. In that field, solder joint reliability in term of both drop impact and thermal cycling loading conditions is a great concern for portable electronic products. The transition to lead-free solder happened to coincide with a dramatic increase in portable electronic products. Sn–Ag–Cu (SAC) is now recognized as the standard lead free solder alloy for packaging interconnects in the electronics industry. The present study reviews the reliability of different Ag-content SAC solder joints in term of both thermal cycling and drop impact from the viewpoints of bulk alloy microstructure and tensile properties. The finding of the study indicates that the best SAC composition for drop impact performance is not necessarily the best composition for optimum thermal cycling reliability. The level of Ag-content in SAC solder alloy can be an advantage or a disadvantage depending on the application, package and reliability requirements. As a result, most component assemblers are using at least two (and in many cases even more) lead-free solder sphere alloys to meet various package requirements.     

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。     

电子组装用高温无铅钎料的研究进展

分析了国内外电子组装用高温无铅钎料的研究现状。指出目前常用的高温钎料仍然是高Pb焊料或80Au-20Sn钎料,导致焊料含Pb而污染环境,或者含质量分数为80%的Au而使焊料成本奇高。指明了Bi-Ag系钎料具有潜力替代高Pb焊料或80Au-20Sn钎料。未来的研究将在成分设计及可靠性等方面进行探索,以最终找到既经济又可替代传统高铅钎料的高温无铅钎料。     

Comparative study of interfacial reactions of Sn-Ag-Cu and Sn-Ag solders on Cu pads during reflow soldering

The interfacial reaction in soldering is a crucial subject for the solder-joint integrity and reliability in electronic packaging technology. However, electronic industries are moving toward lead-free alloys because of environmental concerns. This drive has highlighted the fact that the industry has not yet arrived at a decision for lead-free solders. Among the lead-free alloys, Sn-3.5Ag and Sn-3.5Ag-0.5Cu are the two potential candidates. Here, detailed microstructural studies were carried out to compare the interfacial reaction of Sn-3.5Ag and Sn-3.5Ag-0.5Cu solder with a ball grid array (BGA) Cu substrate for different reflow times. The Cu dissolution from the substrate was observed for different soldering temperatures ranging from 230°C to 250°C, and the dissolution was found to increase with time and temperature. Dissolution of Cu in the Sn-3.5Ag solder is so fast that, at 240°C, 12 μm of the Cu substrate is fully consumed within 5 min. Much less dissolution is observed for the Sn-3.5Ag-0.5Cu solder. In respect to such high dissolution, there is no significant difference observed in the intermetallic compound (IMC) thickness at the interface for both solder alloys. A simplistic theoretical approach is carried out to find out the amount of Cu₆Sn₅ IMCs in the bulk of the solder by the measurement of the Cu consumption from the substrate and the thickness of the IMCs that form on the interface.     

A quantitative evaluation of time-independent and time-dependent deformations of lead-free and lead-containing solder alloys

A method to separate plasticity and creep is discussed for a quantitative evaluation of the plastic, transient creep, and steady-state creep deformations of solder alloys. The method of separation employs an elasto-plastic-creep constitutive model comprised of the sum of the plastic, transient creep, and steady-state creep deformations. The plastic deformation is expressed by the Ramberg-Osgood law, the steady-state creep deformation by Garofalo’s creep law, and the transient creep deformation by a model proposed here. A method to estimate the material constants in the elasto-plastic-creep constitutive model is also proposed. The method of separation of the various deformations is applied to the deformation of the lead-free solder alloy Sn/3Ag/0.5Cu and the lead-containing solder alloy Sn/37Pb to compare the differences in the plastic, transient creep, and steady-state creep deformations. The method of separation provides a powerful tool to select the optimum lead-free solder alloys for solder joints of electronic devices.     

微电子封装无铅焊点的可靠性研究进展及评述

在电子电器产品的无铅化进程中,由于封装材料与封装工艺的改变,焊点的可靠性已成为日益突出的问题。着重从无铅焊点可靠性的影响因素、典型的可靠性问题及无铅焊点可靠性的评价3个方面阐述了近年来该领域的研究状况,进而指出无铅化与可靠性研究需注意的问题和方向。     

Sn-Ag-Cu焊点IMC生长规律及可靠性研究

Sn-Ag-Cu焊料目前是最有希望替代Pb-Sn合金的焊料.在回流焊过程和电子产品服役过程中,Sn-Ag-Cu焊料与基体金属间形成的金属间化合物(IMC)及其演变是影响焊点可靠性的主要因素之一.本文针对Sn-Ag-Cu焊料与Cu和Au/Ni/Cu界面形成的IMC,分析其回流和时效过程中IMC的变化规律.