电子焊料的工艺性能及影响因素

通过分析焊料在钎焊过程中的行为,提出了电子焊料的工艺性能主要包括熔化/固化温度、抗氧化性、润湿性和漫流性。给出了各工艺性能的定义。分析表明:相关的影响因素主要包括合金的组成、纯度和化学均匀性;母材的成分、性质和表面的洁净度;液态焊料的表面张力;钎焊温度、气氛、助焊剂的活性;液态焊料表面膜的组成、结构和性能等。     

名词术语释义：无铅化封装

集成电路的封装主要是采用锡铅焊料，含铅器件再利用过程中有毒物质将对环境产生污染。焊料的无铅化是无铅封装的关键，目前较为常用的封装无铅化主要是通过无铅焊膏来实现。     

无铅焊接的板级可靠性

无铅化运动已经占据全球电子封装及电子装联的中心舞台。铅对人体健康有害的观点已经被广泛地报道，这也成为日本、美国、欧洲在电子产品中禁止使用铅焊料的理由之一，三个主导正在进行在电子装联中禁止使用含铅焊料的工作。日本政府已经通过禁止使用铅的法律，日本几个主要电子制造商已经建立这方面的路标规范并已经宣布到2003年底时不再使用含铅焊料。欧盟第6次会议已经通过决议草案，要求WEEE2006年1月1日后禁止使用含铅电子产品。在北美，IPC正在收集所有候选的无铅焊料并准备选出一种能够成功应用的焊料合金。IPCJ-STD-006测试方法将被用来检测焊料中铅含量的等级(自章1)，建议无铅焊料中的铅含量重量比小于0.1％。无铅焊料的选择基于欧洲理想(Ideal)项目(章2)的研究结果和使无铅焊料能够得以成功应用的进一步要求(无铅、低熔点、在预定工作温度下长期运行具有高的抗疲劳特性)。测试了SnAgCu焊料(焊膏)的润湿性、延展性、溶解性、回流焊曲线的优化、与传统锡铅焊膏相比较外观及内部缺陷、比较器件和PCB表面应用传统镀层与无铅镀层的影响、IMc的形成和已经影响到了全世界的供应商和制造商，他们必须找到相应的解决方法。在本中，将讨论良好的环境下焊料与元件不同焊端镀层及PCB表面镀层之间的影响，研究与现有工艺参数的相容性，并与传统焊料比较板级可疲劳特性。绿色装配的挑战之一就是选择和分析新焊料的可制造性(包括焊料和焊膏)、成本、可得到性、同传统焊料合金比较可靠性。     

Sn3．5Ag0．7Cu焊料的疲劳特性及铅杂质的影响

含铅焊料应用在电子产品上已超过50年的时间。然而出于环境方面的考虑，在未来的几年含铅焊料的使用将被禁止。作为替代，必须发明不含铅的焊料。对无铅焊料总的要求类似于含铅焊料。它们要求类似的诸如焊接温度及时间工艺参数窗口和相当于含铅焊料或更好的特性。科学家们已研究了许多不同类型的无铅焊料，从中我们选取Sn3、5Ag0．7Cu作为本次研究的对象，因为它可能目前是在欧洲应用最广泛的一种无铅合金。通过下面几项工作中我们研究了Sn3．5Ag0.7Cu的疲劳特性。制成板(PCBA)温度循环(热冲击)试验：用Sn3．5Ag0．7Cu无铅焊料在不同的焊接气氛下将各种不同类型的器件焊在有不同可焊性表面覆层的印制板上，做成试验制成板(PCBA)。将125℃到-15℃的温度循环(热冲击)施与试验制成板并研究板上焊点在经受不同次数的温度循环后其微观组织结构及变化。模型焊点的机械应力循环试验：室温条件下利用特别设计的环一插针模型焊点，Sn3．5Ag0．7Cu无铅焊点被施加机械应力循环并和传统的Sn-Pb焊点进行比较。包含不同铅含量的焊点也被研究以确认铅杂质对无铅焊点特性的影响。比起传统的Sn-Pb焊料，Sn3．5Ag0．7Cu有更好的疲劳特性。然而研究同时发现一个2％-5％的铅杂质含量对无铅焊点的寿命是有害的。     

无铅表面组装工艺试验

<正> 1 前言 与标准的锡/铅焊料相比,使用无铅焊料组装印制板需要更高的工艺温度,该问题在电子工业从含铅焊料向无铅焊料转变时就已成为了人们关注的焦点。由于无铅焊料的熔点高、浸润性差,回流焊接需要的温度比当前使用的含铅焊料的高30～40℃。因此,元件制造商、印制板制造商、组装商和设备制造商大都会受到影响。     

在铅焊料的标准流程中用无铅元件

随着欧洲的RoHS和WEEE指令已于2006年7月1日开始执行,许多元件供应商面临着使其产品符合无铅环境的挑战。两个指令都要解决将铅从元件中去除的问题。半导体公司必须选择高性价比、与含铅焊料逆向兼容,并与无铅焊料前向兼容的无铅镀层策略。逆向兼容表示无铅元件能够用锡铅（SnPb）焊料回流工艺安放在PCB上。前向兼容表示目前的锡铅工艺能够在面板组装中,与无铅焊料一起使用。     

电子封装无铅化趋势及瓶颈

欧盟通过法令限制电子用品中铅等有害物质的使用,含铅电子产品不久将退出市场,电子封装的无铅化已成必然趋势。焊料的无铅化是无铅封装的关键,目前无铅焊料的研究集中在Sn基焊料和导电胶粘剂两个方向文中介绍了三种典型无铅焊料体系的不足之处以及银导电胶研究中的三个难题,另外,关于无铅焊料还没有一个统一的标准     

电子封装无铅化趋势及瓶颈

欧盟通过法令限制电子用品中铅等有害物质的使用,含铅电子产品不久将退出市场,电子封装的无铅化已成必然趋势。焊料的无铅化是无铅封装的关键,目前无铅焊料的研究集中在Sn基焊料和导电胶粘剂两个方向。文中介绍了三种典型无铅焊料体系的不足之处,以及银导电胶研究中的三个难题。另外,关于无铅焊料还没有一个统一的标准。     

电子封装无铅化趋势及瓶颈

欧盟通过法令限制电子用品中铅等有害物质的使用．含铅电子产品不久将退出市场．电子封装的无铅化已成必然趋势。焊料的无铅化是无铅封装的关键．目前无铅焊料的研究集中在Sn基焊料和导电胶粘剂两个方向文中介绍了三种典型无铅焊料体系的不足之处以及银导电胶研究中的三个难题．另外关于无铅焊料还没有一个统一的标准     

无铅焊料的开发与应用

工业垃圾对环境的污染已成公害，一些国家和地区已明确提出禁止和削减使用有害物质，包括含铅焊料。本介绍对环保有利的无铅焊料，重点说明无铅焊料的技术现状和有效的使用方法及再利用问题等。     

无铅波峰焊钎料氧化渣的减少措施

随着无铅钎料的广泛使用,波峰焊过程将产生更多的氧化渣,造成生产成本增加。阐述了液态钎料的氧化行为及无铅波峰焊锡炉中氧化渣的形成特点,并列举了几种减少氧化渣的办法,分析了他们的实用性。     

A New Method of Studying Surface Activity for Liquid Alloys

ＡＮｅｗＭｅｔｈｏｄｏｆＳｔｕｄｙｉｎｇＳｕｒｆａｃｅＡｃｔｉｖｉｔｙｆｏｒＬｉｑｕｉｄＡｌｏｙｓ①②ＹＡＮＧＹｏｎｇｚｈｅｎｇ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＡｐｐｌｉｅｄｐｈｙｓｉｃｓ，ＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉ...     

锡渣的形成特点和减少措施

随着无铅钎料的广泛使用,波峰焊过程将产生更多的锡渣,造成生产成本增加。通过对其分布特点的研究,将锡炉熔融钎料表面氧化物分为A~E5个氧化物区,并分析了各区域氧化物的特点,列举了几种减少氧化渣的办法,分析了他们的实用性。     

热力学计算在无铅钎料合金设计中的应用

依据CALPHAD方法进行相平衡计算过程中热力学模型的建立及其求解作了简要介绍，对热力学数据库的特征作了描述。对基于CALPHAD方法而开发的Thermo Calc系统的数据库及几个主要模块的功能作了概括的介绍。并针对在无铅钎料研究领域，利用ThermoCalc进行无铅钎料多元合金相平衡计算、预测液态钎料的表面张力和粘度以及钎料与基底之间形成的金属间化合物的驱动力的研究进展进行了总结。着重介绍了日本Tohoku大学材料系的研究人员开发的钎料合金热力学数据库。     

Development of Bi-base high-temperature Pb-free solders with second-phase dispersion: Thermodynamic calculation, microstructure, and interfacial reaction

Bismuth and its alloys are candidates for Pb-free high-temperature solders that can be substituted for conventional Pb-rich Pb−Sn solders (melting point (mp) = 573 – 583 K). However, inferior properties such as brittleness and weak bonding strength should be improved for practical use. To that end, BiCu−X (X=Sb, Sn, and Zn) Pb-free high-temperature solders are proposed. Miscibility gaps in liquid BiCu−X alloys were surveyed using the thermodynamic database ADAMIS (alloy database for micro-solders), and compositions of the BiCu−X solders were designed on the basis of calculation. In-situ composite solders that consist of a Bi-base matrix with fine intermetallic compound (IMC) particles were produced by gas-atomizing and melt-spinning methods. The interfacial reaction between in-situ composite solders and Cu or Ni substrates was investigated. The IMCs at the interface formed a thin, uniform layer, which is an appropriate morphology for a reliable solder joint.     

Effects of thermomechanical cycling on lead and lead-free (SnPb and SnAgCu) surface mount solder joints

Accelerated reliability tests have been performed on leadless and leaded lead-free and lead containing SMT component assemblies. Results so far have shown that lead-free reflow soldering is a viable alternative for conventional lead based reflow soldering. The selected ternary eutectic solder alloy SnAg3.8Cu0.7 requires higher processing temperatures which could restrict the use of certain board and component types, but other than that no major modifications seem necessary. Although better SnAg3.8Cu0.7 bulk mechanical properties were obtained compared to the near eutectic lead bearing bulk solder properties, reflowed solder joints did not reflect this difference. In general, quite similar reliability results were obtained as found for the lead based solders. Dependent on board and component metallisations and use environment, the reliability of the lead-free solders could perform better or worse than the lead based solders. Temperature dependent aspects such as solderability and mechanical behaviour of the lead-free assemblies could play a role in this. Although microstructural differences can be seen between the lead-free and lead bearing solder joints, similar joint failure mechanisms occur. Resistor solder joint cracks propagate from underneath the component through either transgranular (lead-free) grains or along intergranular (lead) grain boundaries between lead-rich and tin-rich areas and into coarsened regions near the component terminations. Gullwing lead cracks were seen propagating from the heel fillet along the lead/solder interfacial intermetallic mostly (some cracks started in the heel fillet and propagated through the solder body dispersed with coarsened spherical Ag₃Sn intermetallic particles). Package design and leadframe material seem to play a more important role in the fatigue mechanism than the change in microstructure of the solder joint.     

无铅Sn—Ag—Sb与Sn—Zn—In润湿性研究

通过实验测定Sn—Ag—Sb及Sn—Zn—In系列合金的润湿角，进行了润湿性研究，发现Sn—Ag—Sb及Sn—Zn—In系焊料存在润湿性差的缺点，通过添加低表面张力的金属或稀土元素可在一定程度上降低润湿角，能提高润湿性。     

Flux development for lead-free solders containing zinc

New lead-free solders containing zinc are promising candidates to replace near-eutectic tin-lead solders because the solders melt at lower temperatures than Sn-Ag-base solders. They also possess good mechanical and fatigue properties and are less expensive. However, the contact angle on copper for Sn-Zn solders is high when fluxes used for Sn-Pb solders are utilized. A novel approach for flux development to improve wetting of copper surfaces by tin-zinc eutectic solder was developed: tin containing organic compounds, which decomposes at soldering temperatures and produces metallic tin on surfaces to be soldered was added to several specially formulated fluxes. This process improves wetting of copper surfaces by molten tin-zinc eutectic solder. Fluxes were developed that give a contact angle as low as 20°.     

低银无铅焊料的研制动态

分析了低银无铅焊料(w(Ag)≤1.0％)在成本、抗跌落性能、Ag3Sn化合物的形成等方面与高银焊料相比的优势,综述了低银焊料在应用过程中面临的问题,如高熔点与氧化、热疲劳性能、返修缺陷等,并列举了实例,提出了一些有针对性的解决方案.最后展望了低银无铅焊料的发展趋势.