【文章內(nèi)容簡介】 － Ag的厚度約 ～ ，其 可焊性、 ICT可探測性、以及接觸 /開關(guān)焊盤的性能不如 NiAu，但對于大多數(shù)應(yīng)用卻已足夠。? 對于 I－ Ag精確的化學(xué)配方、厚度、表面平整度、以及銀層內(nèi)有機元素的分布，都必須仔細選擇和規(guī)定，所有的替代工藝都必須適用于有鉛和無鉛兩種工藝。 (d)浸錫工藝（浸錫工藝（ I－－ Sn））? ISn就是通過化學(xué)方法在裸銅表面沉積一層錫薄膜。就是通過化學(xué)方法在裸銅表面沉積一層錫薄膜。錫的沉積厚度應(yīng)＞錫的沉積厚度應(yīng)＞ 。 ? I－－ Sn比較便宜。比較便宜。 其主要問題是在浸錫過程中容易產(chǎn)其主要問題是在浸錫過程中容易產(chǎn)生生 CuSn金屬間化合物，影響可焊性；另一個問題是金屬間化合物，影響可焊性；另一個問題是壽命短，新板的潤濕性較好，但存貯一段時間后，或壽命短，新板的潤濕性較好，但存貯一段時間后，或經(jīng)過經(jīng)過 1次回流后由于次回流后由于 CuSn金屬間化合物的不斷增長金屬間化合物的不斷增長 與與高溫氧化高溫氧化 ，使?jié)櫇裥匝杆傧陆悼欤節(jié)櫇裥匝杆傧陆悼? ，甚至不能承受波，甚至不能承受波峰焊前的一次再流焊峰焊前的一次再流焊 ，因此工藝性較差。，因此工藝性較差。? 一般可應(yīng)用在一次焊接工藝的消費類電子產(chǎn)品。一般可應(yīng)用在一次焊接工藝的消費類電子產(chǎn)品。(e) Cu表面涂覆表面涂覆 OSP? OSP是有機防氧化保護劑。銅鍍層與是有機防氧化保護劑。銅鍍層與 OSP配合使用，可焊配合使用，可焊性、導(dǎo)電性，金屬化孔內(nèi)鍍銅層厚度大于性、導(dǎo)電性，金屬化孔內(nèi)鍍銅層厚度大于 25181。m。? OSP優(yōu)點：優(yōu)點： 便宜、便宜、 涂層薄涂層薄 （（ ～～ ）） 、平面性好，能防、平面性好，能防止焊盤氧化有利于焊接，在焊接溫度下自行分解。止焊盤氧化有利于焊接，在焊接溫度下自行分解。? 缺點：不能回流很多次，缺點：不能回流很多次， OSP高溫失效后引起高溫失效后引起 Cu表面氧化表面氧化，因此，因此 雙面板回流工藝要注意。另外保存期短（雙面板回流工藝要注意。另外保存期短（ 3個月）。個月）。（目前手機板大多采用（目前手機板大多采用 OSP涂層）涂層）? 由于無鉛焊接溫度下涂覆層容易失效，因此傳統(tǒng)的由于無鉛焊接溫度下涂覆層容易失效，因此傳統(tǒng)的 OSP材材料不適于無鉛，需要應(yīng)用適合無鉛料不適于無鉛，需要應(yīng)用適合無鉛 OSP材料。材料。目前單面板采用無鉛目前單面板采用無鉛 OSP基本沒有問題?；緵]有問題。? 第一，要慎重選擇第一，要慎重選擇 PCB加工廠；加工廠；? 第二，采用氮氣保護焊接；第二，采用氮氣保護焊接；? 第三，從工藝上要控制第一次與第二次焊接的時間間隔第三，從工藝上要控制第一次與第二次焊接的時間間隔，一般控制在，一般控制在 4小時（或小時（或 2小時）以內(nèi)，有的采用兩條生小時）以內(nèi)，有的采用兩條生產(chǎn)線分別進行兩面加工；產(chǎn)線分別進行兩面加工；? 第四，還可以選擇活性高、可焊性好的助焊劑來配合第四，還可以選擇活性高、可焊性好的助焊劑來配合 。雙面回流，或一面回流、一面波峰焊時建議：雙面回流，或一面回流、一面波峰焊時建議：哪種表面鍍覆層最適合無鉛呢？哪種表面鍍覆層最適合無鉛呢？目前暫時還沒有結(jié)論目前暫時還沒有結(jié)論必須根據(jù)實際產(chǎn)品需要來選擇。例如：? 單面 SMT或單面波峰焊，可使用 OSP或浸錫；? 雙面貼裝和混裝（ SMD與通孔插裝）的印制電路板使用浸銀；如果使用的是 OSP，在再流焊和波峰焊時使用氮氣或者腐蝕性很小的助焊劑，可以根據(jù)產(chǎn)品靈活掌握，如果使用 ENIG就不需要使用氮氣。在選擇表面鍍覆層時，氮氣的使用、助焊劑的類型和對成本的敏感性，這些都是重要的因素。 ? 總之，選擇無鉛 PCB焊盤涂鍍層必須考慮焊料、工藝與 PCB焊盤涂鍍層的相容性。⑶⑶ 選擇無鉛焊接材料（包括合金和助焊劑）選擇無鉛焊接材料（包括合金和助焊劑） ? 對無鉛焊料合金的要求對無鉛焊料合金的要求? 無鉛焊料合金介紹無鉛焊料合金介紹? 目前應(yīng)用最多的無鉛焊料合金目前應(yīng)用最多的無鉛焊料合金? 無鉛焊料合金的選擇無鉛焊料合金的選擇? 無鉛工藝對助焊劑的要求無鉛工藝對助焊劑的要求①① 對無鉛焊料合金的要求對無鉛焊料合金的要求 ? 合金成份中不含鉛或其它對環(huán)境造成污染的元素。? 合金熔點應(yīng)與 Sn/Pb合金相接近，在 180~230℃ 之間。? 凝固時間要短，有利于形成良好的焊點。? 具有良好的物理特性，如導(dǎo)電性 /導(dǎo)熱性，潤濕性、表面張力等。? 具有良好的化學(xué)性能，如耐腐蝕、氧化性，殘渣形成、電遷移等。? 合金的冶金性能良好，與銅、銀 鈀、金、 42號合金、鎳等形成優(yōu)良的焊點。焊點的機械性能良好。并要求容易拆卸和返修。? 焊接過程中生成的殘渣少。? 具有可制造性，容易加工成焊球、焊片、焊條、焊絲等形式。? 成本合理、資源豐富、便于回收。② 無鉛焊料合金介紹無鉛焊料合金介紹? 無鉛化的核心和首要任務(wù)是 無鉛焊料。全球范圍內(nèi)共無鉛焊料。全球范圍內(nèi)共研制出研制出 100多種無鉛焊料（焊膏多種無鉛焊料（焊膏 33種，波峰焊棒材種，波峰焊棒材 62種種，絲，絲 49種），但真正公認能用的只有幾種。種），但真正公認能用的只有幾種。目前最有可能替代目前最有可能替代 Sn/Pb焊料的合金材料焊料的合金材料? 最有可能替代 Sn/Pb焊料的無毒合金是 Sn基合金，以 Sn為主，添加 Ag、 Zn、 Cu、 Bi、 In等金屬元素，通過添加金屬元素來改善合金性能，提高可焊性、可靠性。SnAg共晶合金共晶合金 ，共晶點 221℃ 。 優(yōu)點：具有優(yōu)良的機械性能，拉伸強度，蠕變特性。耐熱老化比 SnPb共晶焊料優(yōu)越。 延展性比 SnPb稍差。缺點： 熔點偏高，潤濕性差，成本高。SnAg合金二元相圖合金二元相圖SnPb合金二元相圖合金二元相圖在 Ag含量 75%附近有一個縱長的 Ag3Sn區(qū)域，此成分和溫度區(qū)域內(nèi)， Ag3Sn能夠穩(wěn)定地存在。在 Ag3Sn左側(cè)低 Ag成分處與 SnPb共晶 相圖相似。相圖相似。在 SnPb二元合金的情況下，二元合金的情況下， Sn和和 Pb結(jié)晶彼此都能在某種程度結(jié)晶彼此都能在某種程度上固溶對方的元素。上固溶對方的元素。SnPb37共晶組織然而然而 Sn中幾乎不能固溶中幾乎不能固溶 Ag 含含 Ag的的 βSn和微細的 Ag3Sn相組成 二元共晶組織。二元共晶組織。雖然雖然 是共晶合金，是共晶合金，但并不是一下子凝固的，而但并不是一下子凝固的，而是先形成樹枝狀是先形成樹枝狀 βSn初晶，然后在其間隙中發(fā)生共晶反應(yīng)最終凝固，形成纖維狀A(yù)g3Sn? 添加添加 Ag所形成的所形成的 Ag3Sn，由于晶粒細小，對改善機，由于晶粒細小，對改善機械性能有很大貢獻。械性能有很大貢獻。? 添加添加 1~2wt% 以上的以上的 Ag，屈服強度和拉伸強度與，屈服強度和拉伸強度與 SnPb共晶焊錫相同或有超過。共晶焊錫相同或有超過。? 添加添加 3wt% 以上的以上的 Ag，強度顯著比，強度顯著比 SnPb共晶焊錫共晶焊錫高，但高，但 超過超過 % （過共晶成分）后，由于形成（過共晶成分）后，由于形成粗大的板狀粗大的板狀 Ag3Sn初晶初晶 ，不僅使拉伸強度相對降低，不僅使拉伸強度相對降低，而且對疲勞和沖擊性能也有不良影響，而且對疲勞和沖擊性能也有不良影響 。 Cu的焊接界面結(jié)構(gòu)的焊接界面結(jié)構(gòu)SnAgCu三元合金三元合金? SnAgCu三元合金（熔點 216~222℃ ）是目前被大家公認的適用于再流焊的合金組分。? 其中 Ag含量在 ~% （重量百分比）都是可接受的合金。? Cu含量一般在 ~% 范圍內(nèi)。? 在在 SnAg合金里添加合金里添加 Cu，能夠在維持，能夠在維持 SnAg合金合金良好性能的同時稍微降低熔點，而且添加良好性能的同時稍微降低熔點，而且添加 Cu以以后，能夠減少焊件中后，能夠減少焊件中 Cu的溶蝕，因此逐漸成為的溶蝕，因此逐漸成為國際上標準的無鉛合金。國際上標準的無鉛合金。SnAgCu三元合金相圖三元合金相圖液態(tài)時的成分：液態(tài)時的成分：L→Sn+Cu6Sn5+Ag3Sn在平衡狀態(tài)凝固的結(jié)晶是在平衡狀態(tài)凝固的結(jié)晶是很規(guī)則的形狀很規(guī)則的形狀（冷卻速度無限慢時）（冷卻速度無限慢時）實際生產(chǎn)條件下是實際生產(chǎn)條件下是非平衡狀態(tài)凝固的結(jié)晶非平衡狀態(tài)凝固的結(jié)晶SAC合金凝固特性導(dǎo)致無鉛焊點顆粒狀外觀合金凝固特性導(dǎo)致無鉛焊點顆粒狀外觀非平衡狀態(tài)凝固：非平衡狀態(tài)凝固： Sn先結(jié)晶，以枝晶狀（先結(jié)晶，以枝晶狀（樹狀）出現(xiàn)，中間夾樹狀）出現(xiàn)，中間夾Cu6Sn5和和 Ag3Sn。SnAgCu焊點金相切片焊點金相切片 Cu與與 Ag一樣，也是幾乎一樣，也是幾乎不能固溶于不能固溶于 βSn的元素的元素SnCu系焊料合金系焊料合金? （熔點 227℃ ）用于波峰焊。? 優(yōu)點： SnCu潤濕性、殘渣的形成和可靠性次于 SnAgCu，而成本比 SnAgCu低得多。 ? 缺點：過量 Cu會在焊料內(nèi)出現(xiàn)粗化結(jié)晶物，造成熔融焊料的黏度增加，影響潤濕性和焊點機械強度。? 改善措施： ① 添加 %Ag ，可使改善合金的延伸率。② 添加微量 Ni可增加流動性，減少殘渣量。SnCu合金二元相圖合金二元相圖SnCu合金二元相圖合金二元相圖? SnCu的液相線的液相線 斜率大斜率大(比 Sn/Pb大十幾倍 )，液相溫度對成分很敏感。? 因此 少量成分變化，就少量成分變化，就會使熔點偏移會使熔點偏移 ，造成焊接溫度的變化。熔點隨成分變化而變化熔點隨成分變化而變化波峰焊時隨著波峰焊時隨著 Cu不斷增加，不斷增加，熔點也不斷提高。熔點也不斷提高。液態(tài)固態(tài)最佳焊接溫度線SnPb系焊料金相圖SnZn系焊料合金系焊料合金 （僅日本開發(fā)應(yīng)用）（僅日本開發(fā)應(yīng)用）（熔點 ℃ ）。優(yōu)點：優(yōu)點： 相對較低的熔點，機械性能好，拉伸強度比 Sn/Pb共晶焊料好，可拉制成絲材使用；具有良好的蠕變特性。并且 價格比較便宜。價格比較便宜。缺點： 是 Zn極易氧化，潤濕性和穩(wěn)定性差，具有腐蝕性。通常添加通常添加 3% 左右左右 Bi來改善潤濕性，來改善潤濕性， 但不能添加過多的 Bi，因為 Bi不僅會降低液相線溫度，還會使合金變硬。SnZn合金二元晶相圖合金二元晶相圖SnBi系焊料合金系焊料合金Sn57Bi為共晶合金（熔點 139℃ ）。SnBi系焊料是以 SnAg(Cu)系合金為基體，添加適量的 Bi組成的合金焊料。優(yōu)點：降低了熔點，與 Sn/Pb共晶焊料相近；蠕變特性好，增大了合金的拉伸強度。缺點：延展性變壞，變得硬而脆，加工性差，不能加工成線材使用。SnBi合金二元相圖合金二元相圖SnIn和和 SnSb系合金系合金? SnIn系合金熔點低，蠕變性差， In極易氧化，且 In在地球上的儲量稀少、成本太高；? SnSb系合金潤濕性差， Sb還稍有毒性。? 這兩種合金體系開發(fā)和應(yīng)用較少。③ 目前應(yīng)用最多的無鉛焊料合金目前應(yīng)用最多的無鉛焊料合金目前應(yīng)用最多的用于再流焊的無鉛焊料是三元共晶或近共晶目前應(yīng)用最多的用于再流焊的無鉛焊料是三元共晶或近共晶形式的形式的 SnAgCu焊料。焊料。 Sn(3~4)wt%Ag(~)wt%Cu 是是可接受的范圍，其熔點為可接受的范圍，其熔點為 217℃℃ 左右。左右。? 美國美國 采用采用 %%Cu 無鉛合金無鉛合金? 歐洲歐洲 采采 用用 %%Cu 無鉛合金無鉛合金? 日本日本 采用采用 Sn3.0Agwt%%Cu 無鉛合金無鉛合金? 。焊料合金用于波峰焊。 其熔點為其熔點為 227℃ 。? 手工電烙鐵焊大多采用手工電烙鐵焊大多采用 SnCu、 SnAg或或 SnAgCu焊料。焊料。④④ 無鉛焊料合金的選擇無鉛焊料合金的選擇 合金組分決定：合金組分決定：? 焊料的熔點（焊接溫度）焊料的熔點（焊接溫度）? 焊點的電氣性能和機械強度焊點的電氣性能和機械強度? 焊料的成本焊料的成本? 無鉛合金的選擇要根據(jù)產(chǎn)品的無鉛合金的選擇要根據(jù)產(chǎn)品的 應(yīng)用環(huán)境、可靠應(yīng)用環(huán)境、可靠性要求、成本、工藝性要求、成本、工藝 等方面因素等方面因素 綜合考慮綜合考慮 。 (a) 合金材料與元器件的相容性合金材料與元器件的相容性? 選擇無鉛合金材料時必須考慮元件的耐熱性問題選擇無鉛合金材料時必須考慮元件的耐熱性問題 ? 還要考慮焊料合金和元器件表面鍍層材料的相容性還要考慮焊料合金和元器件表面鍍層材料的相容性(b)合金材料與工藝的相容性合金材料與工藝的相容性 ? 再流焊工藝中，組裝板上所有的元器件都要經(jīng)受再流焊再流焊工藝中，組裝板上所有的元器件都要經(jīng)受再流焊爐比較長時間的高溫考驗，因此希望再流焊峰值溫度不爐比較長時間的高溫考驗，因此希望再流焊峰值溫度不要太高，相對而言要太高，相對而言 SnAgCu的熔點比的熔點比 SnCu低一些，因低一些，因此再流焊大多選擇此再流