无铅焊接*新技术

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点击量: 190172 来源: 深圳市维创达电子设备有限公司

  无铅焊接*新技术

  1 引言一直以来,铅锡合金作为电子工业的主要封接材料,在电子部件装配上占主导地位。然而铅及铅化合物属剧毒物质,对人体及牲畜具有极大的毒性。尤其是近年来随着人们环保意识的增强和对于自身健康的关注,铅污染越来越受到人们的重视。

  2003年7月13日,欧盟正式颁布WEEE/RoHS 法令,并明确要求其所有成员国必须在2004年8月13日以前将此指导法令纳入其法律条文中。该法令严格要求在电子信息产品中不得含有铅、汞、镉(cadmium)、六价铬(hexavalent chromium),多溴联苯(polybroominated biphenyls PBB)及多溴二苯醚(polybrominated diphenyls ethers PBDE)。

  严格的禁铅条例使电子封装产业对无铅焊接提出了更高的要求,已经成熟的锡铅焊料必须被性能相近或更高的无铅焊料所替代。但在工艺方法上,无铅焊料还存在很多缺点和不足,急需解决。

  目前,国内三星贴片机关于无铅焊料和无铅钎料的**共有69条,从中可以看出我国自己的**申请速度在不断加快。多数**是在主要元素基础上,通过添加微量元素来改善焊料的性能,但有的**由于组元太多,在生产中会产生困难。同时,尽管现在有很多**,但是这些**范围的成分还没有达到*佳性能,不能满足所有要求。

  2 无铅焊料的三大弱点

  自欧盟颁布WEEE/RoHS法令以来,世界各国对无铅焊料都进行了大量的研究,无铅焊接技术也得到了长足的发展。但无铅焊料相对于Sn-Pb焊料而言仍存在三大不可忽视的弱点。

  2.1 浸润性差

  焊接的浸润性**主要表现为焊锡不扩展,焊锡的流动性差,焊锡没有布满整个焊盘而缺焊。浸润性较差,带来以下几方面的不足:

  ⑴容易产生接合**;

  ⑵为提高浸润性而对操作温度要更高;

  ⑶为提高浸润性而使用高活性的助焊剂,会导致焊点可靠性降低。

  2.2 熔点高无铅焊接*新技术

  无铅焊料普遍比Sn-Pb焊料的熔点高出30℃以上,由此会带来:三星贴片机对于耐热性较差的元器件容易造成热损伤;容易导致平面基板弯曲变形。

  2.3 金属溶解速度快

  金属溶解速度过快会导致以下几方面的问题。

  ⑴焊池中焊料由于溶铜、溶铅容易受到污染;

  ⑵被焊的基体易溶入到焊料中(例如铜细丝的溶解断裂);

  ⑶焊接时金属间化合物生长过剩;

  ⑷溶焊、回流焊的焊池材料因为金属溶解而被腐蚀,导致过早报废。

  3 推荐使用的几种无铅焊料

  日本及欧盟给出了目前在几种不同焊接工艺中可替代锡铅焊料的*佳无铅焊料,如表1所示。

  3.1 Sn-Ag-Cu系无铅焊接*新技术

  在几个候选合金系统中,Sn-Ag-Cu系是新一代代表性焊料,并正在世界范围内推广使用。这种合金具有优良的物理性能和高温稳定性,因此也成为各种无铅焊接工艺中的**候补焊料。以下为几种推荐使用的Sn-Ag-Cu焊料配比。⑴ Sn96.5Ag3Cu0.5(日本,JEITA推荐);

  ⑵Sn95.5Ag3.8 Cu0.7(欧盟,IDEALS推荐);

  ⑶Sn95.5Ag3.9 Cu0.6 (Sn95.5Ag4.0Cu0.5 ,美国,

  NEMI推荐)。有关无铅Sn-Ag-Cu合金焊料,在国内就有14 个、美国约22个已授权的**[1]。

  3.1.1 Sn-Ag-Cu优点

  ⑴由于合金中弥散分布有微细的Ag 3Sn和Cu6Sn5等金属间化合物强化相,因此可实现优良的机械性能和高温稳定性;

  ⑵溶化温度区间(固相线和液相线的温度差)窄;

  ⑶Sn-Ag-Cu焊料可以满足各种形状需要,包括焊条、焊丝、焊球等;

  ⑷与镀Pb元器件兼容较好,由溶Pb引起的焊点剥离情况比其他无铅焊料少。

  3.1.2 Sn-Ag-Cu缺点

  ⑴熔点比Sn-Pb共晶合金高,这是制约这种无铅焊料推广应用的技术瓶颈;

  ⑵浸润性比Sn-Pb焊料差。对于双面基板的组装,需要采取措施提高通孔的浸润性,如控制波峰焊参数,采用氮气保护性气氛等都相当有效 [2];