無(wú)鉛焊料的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用(編輯修改稿)
2025-09-19 16:02 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 60。熱沖擊試驗(yàn)1000周期上上1000周期以上500－600周期以上－40至＋80各1小時(shí) 16遷移試驗(yàn)1000小時(shí)以上歸原位(起點(diǎn))1000小時(shí)以上歸原位(起點(diǎn))1000小時(shí)以上歸原位(起點(diǎn))40℃95%RHamp。85℃85%RH 17晶須產(chǎn)生試驗(yàn)1000小時(shí)以上歸原位(起點(diǎn))1000小時(shí)以上歸原位(起點(diǎn))1000小時(shí)以上歸原位(起點(diǎn))50℃ 該組合焊料在國(guó)外有相似的專利，日本企業(yè)所有的“高溫焊料”專利與美國(guó)大學(xué)的所有“錫銀銅三元共晶焊料”專利，在成分組合上存在重復(fù)的權(quán)力范圍，使應(yīng)用陷入窘境。尤其是在美國(guó)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。由于哪個(gè)權(quán)力均有效，所以若使用雙方專利權(quán)均容許的焊料，則用戶才會(huì)放心，并有可能向任一國(guó)家出售。藉此，形成了理智的追求與專利緣分不大的焊料合金是否存在所有權(quán)問(wèn)題的局面。 由于SnCu系焊料構(gòu)成簡(jiǎn)單，供給性好且成本低，因此大量用于基板的流動(dòng)焊（波峰焊）、浸漬焊，適合作松脂心軟焊料。其中添加Ni構(gòu)成的SnCuNi焊料（產(chǎn)品名為SN100C），在熔融時(shí)流動(dòng)性得到明顯改善。正如照片１那樣，在細(xì)間距QFP的IC流動(dòng)焊中無(wú)橋接現(xiàn)象，也沒(méi)有無(wú)鉛焊料專有的針狀晶體和氣孔，得到了有光澤的焊角。 此外，焊料還有延伸性好和蠕變強(qiáng)度高以及電阻低的特點(diǎn)。盡管熔點(diǎn)為227℃，但與原來(lái)大致相同，可以在255℃、4秒的焊接條件下工作，安裝攝像機(jī)布線基板，在世界上成績(jī)突出。焊接時(shí)焊料不產(chǎn)生氣體，即使混入鉛的雜質(zhì)也比原共晶焊料強(qiáng)（見(jiàn)圖3），經(jīng)熱沖擊試驗(yàn)可以確認(rèn)焊料的抗斷裂性強(qiáng)，焊接可靠性優(yōu)異。 還有，對(duì)焊劑的改善工作也在進(jìn)行，以便在大氣中與在氮?dú)鈿獾型瑯涌梢酝瓿稍诙鄬踊螂p面基板上的通孔攀升和在器件兩側(cè)的焊盤(pán)上的擴(kuò)展。對(duì)表面處理等材料的改進(jìn)和基板的設(shè)計(jì)，以及熱匹配方法等生產(chǎn)技術(shù)的改善工作也正在進(jìn)行中。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。 該焊料一個(gè)最大優(yōu)點(diǎn)是，作為循環(huán)型制品（見(jiàn)圖4），由于被回收的焊料氣體（殘?jiān)┲胁粫?huì)有銀鉍和鋅等，因此能與有鉛焊料混合，同時(shí)進(jìn)行處理。這就為無(wú)鉛焊料替換時(shí)期設(shè)想回收途徑減少了煩惱。 SnBi系焊料，融點(diǎn)是在共晶態(tài)139℃的低溫，強(qiáng)度和延伸性也比較好。另外與SnPb焊料同樣，不形成金屬間化合物，所以表面張力低，擴(kuò)展性和流動(dòng)性好。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。 SnAgBi(Cu)系焊料隨著鉍含量的增加而融點(diǎn)變低，焊料的延展性也得到改善。這對(duì)在焊盤(pán)上的擴(kuò)展性差的無(wú)鉛焊料來(lái)說(shuō)，具有極大的魅力。這是考慮了鉍可以緩解錫與母材的過(guò)剩合金反應(yīng)，但反過(guò)來(lái)也使連接界面變硬變脆。因此，含鉍量過(guò)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(chǎng)合容易引起焊角剝離現(xiàn)象，因此必須引起重視。最近的研究證實(shí)，鉍含量在3%以下為宜。 SnZn系焊料是無(wú)鉛焊料中唯一與錫鉛共晶熔點(diǎn)接近的焊料，適合用于耐熱性差的電子器件的焊接。但是，該焊料在大氣中溶解時(shí)，表面將形成厚的鋅的氧化膜，必須使用氮基氣氛，或使用能溶解鋅氧化膜的強(qiáng)活性焊劑，才能確保焊接質(zhì)量。由于強(qiáng)活性焊劑促使焊膏的特性劣化，所以制造商們頗費(fèi)腦筋在探索解決途徑。此外還必須注意由鋅的性質(zhì)帶來(lái)的連接界面的舉動(dòng)，再作深入研究。 三、其它研究課題 按理說(shuō)，進(jìn)入連接處縫隙的焊料強(qiáng)度高則連接可靠性應(yīng)該高，但實(shí)際應(yīng)用中，要么發(fā)生器件斷裂，要么如圖５那樣在焊料連接處發(fā)生焊角上浮，使焊盤(pán)剝離和圖形斷線，通孔內(nèi)壁受損等現(xiàn)象。盡管原因是復(fù)雜的，但主要是由于無(wú)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。這里有必要重新評(píng)價(jià)基板的設(shè)計(jì)，目前還沒(méi)有完全的解決方法。 此外在流動(dòng)焊中，與焊料接觸處的銅箔和引角等一根接一根的溶入焊料中，使焊料的成分發(fā)生了變化。經(jīng)花費(fèi)１年以上的時(shí)間進(jìn)行批量生產(chǎn)的實(shí)驗(yàn)確認(rèn)，焊料已變成雜質(zhì)不能再用。例如銅在焊料中的濃度隨處理銅片數(shù)而增加，隨之使焊料的流動(dòng)性變壞成為橋連和焊不上的病因。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(dòng)差的部位、噴流泵的手柄
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