【正文】 出30℃以上，由此會帶來：對于耐熱性較差的元器件容易造成熱損傷；容易導(dǎo)致平面基板彎曲變形。但當(dāng)溫度超過100℃，彌散相會變粗大。 Sn Zn缺點⑴Zn較活潑，容易氧化腐蝕，必須在氮氣等非活性氣氛中進行回流焊；⑵浸潤性極差，這是阻礙SnZn合金焊料應(yīng)用的主要原因之一（目前已有通過對SnZn的合金化改性來改善其浸潤性，并取得了一定效果。焊料主成分錫的世界年產(chǎn)量為21萬噸，其中6萬噸作為焊料的原料使用。當(dāng)然，探討這些內(nèi)容需要一定的時間。其中添加Ni構(gòu)成的SnCuNi焊料（產(chǎn)品名為SN100C），在熔融時流動性得到明顯改善。因此，含鉍量過多的焊料不能用作42種合金等鐵系引腳的焊接，而且作為雜質(zhì)，在含鉛的場合容易引起焊角剝離現(xiàn)象，因此必須引起重視。加入少量的銀和鉍本身對特性無太大影響，但若與鉛混合加入時則特性水劣化，所以必須注意混合污染?，F(xiàn)階段的無鉛工藝和有鉛工藝都有可能發(fā)生可靠性問題。高可靠產(chǎn)品是獲得豁免的，因此，高可靠產(chǎn)品實施無鉛工藝必須慎重考慮長期可靠性問題。高錫帶來的問題是：高溫、表面張力大、粘度大。過多的金屬間合物對焊點的性能是不利的。很可能形成不同的殘留物，在潮濕環(huán)境和一定電壓下，可能會與導(dǎo)電體之間發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，引起表面絕緣電阻（SIR）的下降。從發(fā)展趨勢來看，世界各國包括我國用無鉛焊料大規(guī)模取代含Pb 焊料將為期不遠。L Wang 等的研究表明，在SnAg %~%的（La，Ce）混合稀土，可以改進其潤濕性能。Vianco 和Rejent的研究結(jié)果表明，元素Bi 的添加可以提高無鉛焊料在Cu 基上的潤濕性能。在 SnBi 合金焊料中添加適量的SnAg 合金，可減少焊點中孔洞的出現(xiàn)，改善焊料的焊接性能，同時可提高SnBi 焊料的焊接溫度，擴大SnBi 系的適用范圍。由于焊料合金的熔點都相對較低，即使在室溫時都滿足T / Tm （Tm:熔點，K），所以在受剪切力時，焊點還會發(fā)生高溫蠕變變形。這兩者都增大了焊點和基體間界面上形成金屬間化合物的速率。日本1994 年的“禁止水污染法” mg/L 以下，2001 出臺的“消費者電子再循環(huán)法”要求制造商回收有害材料。可見無鉛概念的提出和這套系統(tǒng)的建立是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程。除此，印制電路板的無鉛化處理也必須即刻著手準(zhǔn)備。屬有這些定義都不是一成不變的，它與無鉛的測試手段、無鉛技術(shù)的發(fā)展水平都有關(guān)。歐美日企業(yè)在無鉛技術(shù)掌握上進步非常迅速，無鉛市場也日趨成熟，中國企業(yè)必須立即行動起來，共同培育中國的無鉛市場。這里介紹一種絲網(wǎng)印刷及等離子加熱法制備無鉛凸點的新工藝，它比傳統(tǒng)的電鍍等制備凸點的手段來得更為簡單、便宜。 無鉛元器件正重點突破由于業(yè)界對無鉛焊料和設(shè)備已經(jīng)做了大量的準(zhǔn)備工作，相對來說無鉛元器件是目前無鉛化比較薄弱的一個環(huán)節(jié)，隨著世界電子制造業(yè)向中國的轉(zhuǎn)移，為了降低成本，系統(tǒng)制造商希望能夠在中國獲得穩(wěn)定可靠、價格適中的無鉛元器件供應(yīng)。1997 年初，飛利浦公司就宣布對公司生產(chǎn)的所有消費電子產(chǎn)品采取“綠色行動”，2002 年該公司通過了正式的危險物質(zhì)限制條例。第7章 無鉛技術(shù)最新動態(tài)綠色制造是當(dāng)代電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個重要趨勢，無鉛化是其中的重要內(nèi)容。 A。焊點可靠性問題的來源主要有焊點的剪切疲勞與蠕變致裂問題，電遷移問題，焊料/基體界面金屬間化合物形成致裂的問題，Sn晶須生長導(dǎo)致短路問題，電腐蝕和化學(xué)腐蝕問題。慢冷時，SnBi 共晶顯微結(jié)構(gòu)是層狀的，使材料的性能惡化。解決問題的辦法之就是發(fā)展能與之匹配的焊劑，以提高其潤濕性；在焊料中加入還原性強的元素如P 等，或在惰性氣體等保護性氣氛中進行焊接，可以避免焊料被氧化。J Villain 的焊點尺寸對蠕變性能的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：焊點的尺寸對蠕變性能有很大的影響。第6章 無鉛焊料及其可靠性的研究進展長期以來近共晶SnPb焊料（ 共晶成分為Sn37Pb）以其焊接性能好，在Cu 基上的潤濕性能良好，熔點低，價格也較適宜而一直被廣泛地運用于現(xiàn)代電子線路板的連接和組裝中，并在幾十年的使用中積累了豐富的經(jīng)驗和技術(shù)。經(jīng)過底部填充的便攜電子產(chǎn)品的抗震動、抗跌落強度提高了，但也帶來了返修困難，甚至無法返修的問。金屬間化合物（I M C ）通常是凝固時在焊接點的界面析出，因此，IMC位于母材（被焊金屬）與釬料（焊料合金）的界面。無鉛產(chǎn)品錫須生長的機會和造成危害的可能性遠遠高于有鉛產(chǎn)品，會影響電子產(chǎn)品的長期可靠性。因而焊點中的空洞以及界面的微孔比較多，而“高溫”又會帶來工藝上的難，可能會損壞元件和印制板。如果已經(jīng)混合了，則該焊料和渣滓就報廢了，或者只能用高成本的電解精煉法分解混入的雜質(zhì)來達到再利用的目的。如果繼續(xù)增加處理量，則在焊料槽的底部和隅角等焊料流動差的部位、噴流泵的手柄和噴嘴等溫度低的地方形成錫銅的結(jié)晶，堆積粘附，最后導(dǎo)致焊接停止作業(yè)。以前曾作為焊膏用于再流焊中，在基材是銅的焊接中可使用的是鉍，本身是鐵和鎳，則因根本不引起蠕變而不能用作42種合金等鐵系基材的連接。尤其是在美國專利中還包含了關(guān)于連接部分的結(jié)構(gòu)與組成的權(quán)力。還有，在再流焊與流動焊混合安裝基板的生產(chǎn)上，對于熱造成基板伸縮和翹曲，導(dǎo)致焊接處產(chǎn)生的應(yīng)力，必須采取緩解措施。同時對雙面通孔基板使用無鉛焊料進行波峰焊時產(chǎn)生了焊點剝離的嚴(yán)重問題， Bi含量高的合金開裂現(xiàn)象最為嚴(yán)重。SnZn系焊料與其他含Bi焊料同樣，與SnPb電鍍層之間也存在兼容性問題。空洞的出現(xiàn)與焊料本身的強度關(guān)系不大，通過改善焊接工藝一般在焊態(tài)可以避免，隨著服役過程的熱力循環(huán)，空洞逐漸發(fā)生和發(fā)展。自歐盟頒布WEEE/RoHS法令以來，世界各國對無鉛焊料都進行了大量的研究，無鉛焊接技術(shù)也得到了長足的發(fā)展。目前常用的無鉛焊料主要是以SnAg、SnZn、SnBi為基體，添加適量其它金屬元素組成三元合金和多元合金。但要徹底實現(xiàn)無鉛化，難度仍然很大，因為無鉛焊接的溫度在260℃以上，這對元器件和面積較小的PCB而言，是可以接受的；而對面積較大的PCB，將有可能引起變形、翹曲等。大量實驗表明，當(dāng)采用傳統(tǒng)的鉛錫焊料時，這些新鍍層的使用性能與PbSn鍍層不相上下；但當(dāng)改用無鉛焊料時，必須把回流焊溫度提高到260℃才能達到PbSn焊料在235℃回流焊時的潤濕及結(jié)合程度。但無鉛工藝的發(fā)展沒有停滯，制造商正在積極討論在材料、回流焊溫度、PCB、裝配過程和檢測等方面制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。 ：熔點200~216℃，潤濕性最佳，表面最亮，抗熱疲勞及耐蠕變性與SnAgCu焊料相當(dāng)，強度優(yōu)于SnPb。我國一些獨資和合資企業(yè)的出口產(chǎn)品也有了應(yīng)用。.. 焊接設(shè)備要適應(yīng)較高的焊接溫度要求。這種合金具有優(yōu)良的物理性能和高溫穩(wěn)定性，因此也成為各種無鉛焊接工藝中的首選候補焊料。但由于存在基板的耐熱性以及與鍍Pb元器件的兼容性等問題。但由于Bi是半金屬，又脆又硬，如果形成粗大的組織會使機械性能劣化。而且為避免鉛的污染，在焊料替換時還要用錫來沖洗鉛污染的焊料槽，所以又要用掉大量的錫。表41典型的無鉛焊料的特征合金系名稱主成分熔　點(℃) 抗拉強度100mm/min擴展率(%)潤濕性(大氣中)錫銀系Sn96Sn/Ag約22133良好錫銀銅系Sn96ClSn/Ag/Cu約21727良好錫銀系Sn100CSn/Cu/Ni約22748良好錫鉍系Bi57Sn/Bi約13933良好錫鉍銻系LFB2Sn/Bi/Sb等約1442004良好錫銀鉍銅系LF－C2Sn/Ag/Bi/Cu約20821325良好錫鋅系LFASn/Zn約199gi vb 錫銻系95ASn/Sb23624338良好1)錫銀銅系(Sn96C)及錫銀鉍銅系(LFC2)是通過美國某研究所檢驗的產(chǎn)品；2)錫銀系(Sn100C)在國內(nèi)外32個國家申請專利；3)潤濕性試驗使用RMA免清洗助焊劑。熱循環(huán)次數(shù)（次）圖45混入鉛對熱循環(huán)的影響圖46 NSe無鉛焊接循環(huán)圖還有，對焊劑的改善工作也在進行，以便在大氣中與在氮氣氣氮中同樣可以完成在多層或雙面基板上的通孔攀升和在器件兩側(cè)的焊盤上的擴展。此外還必須注意由鋅的性質(zhì)帶來的連接界面的舉動，再作深入研究。還有焊劑的含量比原來的3%稍微多一點則容易手工操作。雖然無鉛接過程、焊接機理與Sn37Pb基本相同。據(jù)美國偉創(chuàng)立、Agilent等公司的可靠性試驗，例如推力試驗、彎曲試驗、振動試驗、跌落試驗，經(jīng)過潮熱、高低溫度循環(huán)等可靠性試驗結(jié)果，大體上都有一個比較相近的結(jié)論：大多數(shù)消費類產(chǎn)品，例如民用、通信等領(lǐng)域，由于使用環(huán)境沒有太大的應(yīng)力，無鉛焊點的機械強度甚至比有鉛的還要高；但在使用應(yīng)力高的地方，例如軍事、高低溫、低氣壓、震動等惡劣環(huán)境下，由于無鉛蠕變大，因此無鉛比有鉛的連接可靠性差很多。另一類處于焊接界面的空洞（或稱微孔），這類空洞非常小，甚至只有通過掃描電子顯微鏡（S E M ）才能發(fā)現(xiàn)。度持續(xù)時間，同時還要縮短液相時間。都需要經(jīng)過一系列試驗，例如溫度循環(huán)、振動試驗、跌落試驗、高溫貯存試驗、濕熱試驗、電遷移（E C M ）試驗、高加速壽命試驗和高加速應(yīng)力篩選，然后再進行電性能、機械性能（例如焊點剪切強度、抗拉強度）測試。從制造工藝和可靠性兩方面考慮。隨化合物層厚度增加，焊接接頭的抗拉強度也會下降。王國勇等發(fā)現(xiàn)加入一定量的（La，Ce）混合稀土也可以增強其抗氧化性。然而SnSb 系熔點偏高,且Sb 還稍具毒性，限制了它的開發(fā)和應(yīng)用，關(guān)于該合金系的文獻較少。 Song ， 三種無鉛焊料焊點的蠕變性能進行了研究。（2）與SnPb 合金焊料相比，多數(shù)無鉛焊料成分偏離共晶點較遠，其液相線溫度和固相線溫度存在著較大的間隔，釬焊過程中，焊料往往處于部分熔融或凝固的狀態(tài)，很易導(dǎo)致“虛焊”（liftoff）現(xiàn)象。為了推動中國綠色電子/無鉛產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，信息產(chǎn)業(yè)部、國家發(fā)改委、國家環(huán)保局組織了大量國內(nèi)企業(yè)、學(xué)術(shù)界的人士，討論相應(yīng)法規(guī)的建設(shè)。 低溫?zé)o鉛焊料的開發(fā)一直是個熱點，如果能夠找到一種熔融溫度與Sn/Pb 共晶焊料相接近、應(yīng)用性能穩(wěn)定可靠的合金系統(tǒng)，就可以大大降低目前無鉛焊接的工藝難度，只需將先前的Sn/Pb 焊接裝置稍加改裝，就可以繼續(xù)用于無鉛生產(chǎn)，這也是企業(yè)所期待的。日本、美國的波峰焊/再流焊接設(shè)備生產(chǎn)廠家如BTU、Furukawa、ETC 等已經(jīng)開始提供無鉛焊接設(shè)備，國內(nèi)一些設(shè)備廠商，如日東、勁拓公司在無鉛焊設(shè)備的開發(fā)方面也取得了重要進展，日東公司2000 年5月已推出了第一臺無鉛波峰焊、無鉛回流焊設(shè)備。2004年4 月份，由日本綠色設(shè)計專家團體、中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會、IEEECPMT、中國電子封裝學(xué)會、無錫艾克柏國際微電子聯(lián)合組織了綠色電子技術(shù)/產(chǎn)業(yè)方面的國際研討會，國內(nèi)外大公司如索尼、富士通、英特爾、摩托羅拉、諾基亞、戴爾、朗訊、飛利浦、華為等近百人參加，這不僅是對綠色電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的關(guān)注，也是對中國市場的巨大信心。對于中國中小企業(yè)來說，無鉛化所帶來的成本的增加，還是一個比較大的問題，由于大量的無鉛焊料/元器件從國外進口，價格相對較高，一般比Pb/Sn 焊料的成本要高一倍，而30%左右的價格差異似乎是很多企業(yè)可以接受的水平，所以無鉛焊料/元器件的本土化生產(chǎn)非常緊迫。業(yè)界及許多機構(gòu)已經(jīng)對無鉛可靠性的問題做了大量系統(tǒng)的工作，對無鉛焊接出現(xiàn)的一些問題，做了許多合理的解釋，并提出了相應(yīng)的措施，比如預(yù)烘等。C），存在Zn 的氧化性和腐蝕性方面的問題。可以這么說，無鉛產(chǎn)業(yè)的真正啟動，源于無鉛法規(guī)的完善。已證實它們能很好地承受現(xiàn)行組裝工藝的時間–溫度條件。Wiese 等 的研究結(jié)果也證實， 的蠕變行為與應(yīng)力密切相關(guān)。SnIn 基焊料可提供較好的熱疲勞性能和抗堿性腐蝕性能，強度高，在Cu 基上的潤濕性能好，且蒸汽壓低，能用于高真空密封焊。但隨著Bi 的加入，合金的固液相間隔增大，同時會使合金的脆性增大。 中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1% Zn，可使Ag3Sn 析出相更細小彌散，Zn 還能抑制Sn 枝晶的形成，但會使共晶領(lǐng)域尺寸增大。一些典型成分已有生產(chǎn)應(yīng)用SnAg ，共晶溫度為221℃，高于SnPb 合金的熔點。 隱蔽的缺陷使無鉛產(chǎn)品的長期可靠性增加了不確定的因素因為這些隱蔽的缺陷不容易被發(fā)現(xiàn)，往往不被重視?？傊瑴囟冗^低、潤濕性差，影響擴散的發(fā)生，影響焊點連接強度；溫度過高，金屬間化合物過多，也會影響焊點連。特別是功率元件空洞會使元件熱阻增大，造成失效。～50μm厚度很薄的金屬沉積層表面。在同一塊組裝板上，如果有一個元件、甚至只有一個焊點不相容，都可能造成整個電路的故障。但溫度太過則錫粘附在烙鐵頭上而立即不能使用了。盡管原因是復(fù)雜的，但主要是由于無鉛焊料不能像有鉛焊料那樣可以緩解由熱循環(huán)等焊料與器件和基板的熱膨脹差所產(chǎn)生的熱應(yīng)力，導(dǎo)致該應(yīng)力破壞通孔，切斷配線。除了基板組裝用途外，還將用于電子產(chǎn)品鍍錫和用錫整平基板的產(chǎn)品（見圖45）。不僅探討了強度與延展率均衡的高可靠性的材料SnAgCu系焊料，還主要探討了與共晶相近的焊料成分SnAgBi系焊料，同時還探討了相關(guān)的再流焊技術(shù)。從多年來對無鉛焊料的研究來看，其合金成分基本上如圖41所示的組合，到目前為止，多數(shù)研究是通過改變含量來謀求高性能的優(yōu)質(zhì)材料，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了若干個添加元素，對提