开发高性能无铅波峰焊料合金的难点

开发高性能无铅峰料金重点在开发高性能无铅波焊料合金时，研究人员必须评估四项主要特性：工艺良率铜浸出率、浮渣形成和热／机械可靠性。波峰焊是电子工业中多领域的关键工序转移使用无铅生产蕴藏着一些成本素，其中之一是焊料合金的成本和性能，单单使用锡铜合就会让用户的合金成本增加一倍以上，而且由于其工艺率不佳，所以会造成更大的影响。与锡铅合金相比前用的锡／银／铜合金将使合金成本提高三倍以上，是通常在工艺良率方面比锡铜系列好得多。许多任务厂就为这个理由而选择了较贵的合金，因为工艺性能与企业的功和生存息息相关。这个选择造成的两难境况已成为开发合金系列的推动力，激励业界开发一种既能实现谆工艺良如合金系列那么昂贵的型合金。选择合金无铅波峰焊接工艺现处于早期开发阶段据估计目前使用无铅合金的波峰槽不足％在开发高性能无铅焊料合金时，研究人员必评估主要特性，以及什么材料变量会构成这些特性(表1)。/

表影响波峰焊接工艺良率的材料变量锡／银／铜(SAC)为波峰焊接过程提供最好的工艺率且许多用户信SAC的良好可靠性目前是最受欢迎的波峰焊料合金系但是的含量使其单位材料成本比较高。锡／铜共晶合金的成低于SAC合，但基本铜锡合金及其改性变种的工艺率一贯比不上SAC合金。因此在研发新合金配方设计时须同时提供较低的单位材料成本，以及当的工艺良率、设备兼容性、组件与电路板兼容性和可靠。工艺性能要求研发新合金的配方时要满足的工艺性能包括：固相线液相线温度：层压电路板和件受最高工作温度所限，如果高于这温度，电路板和组件就会损坏。该项数据表明，每个合金列在这些温度约束范围和工艺窗口内的适用性；粉末合的机械特性：这包括硬度、大载荷应力和延伸率。这些特性综合来表明焊点的机械强度：润湿速：润湿平衡试验通常用来测组件。可焊性并且作为开发和试验助剂的辅助工具，但是只要保持试验变量不变，就能把润湿验当作衡量合金性能的一个相对尺度：润湿速度较快可缩短焊料的接触时间，从而加快生产速度并减少电路板铜层的溶解。4.铜溶解速率：的覆层以这个速度溶入波峰焊接槽，这是无铅工艺的个很重要的问题，特别是在使用OSP焊盘表面处的情况下更为突出。过去／接过程中，铜溶解浓度达左右，焊槽便达到了平衡点。在无铅焊接过程中，由锡槽温度和锡含量较高而加速铜的溶解。铜浓度上升使液温度提高因此不得不提高锡槽温度，才能保证温度高于液线(以保持工艺良率)。然而，这样又会加快铜溶解，从造成恶性循环。因此，必须适当控制焊槽中的铜含量保工艺良率。/

工艺良率所有专业生产人员都道，材料成本与材料对工艺良率的影响相比几乎算不了什，工艺良率一旦发生跳变，就会对生产线的盈利能力造成常严重的影响，合约式的电子制造商(CEM)此感受尤深。表湿润平试验结果表铜溶解速率在波峰焊接过程中，接缺陷数量与助焊剂、合金、合金纯度、PCB／组表面处理、PCB设计布局及环境和工艺设置之间存在原有的在关联。在向无铅波峰焊过渡的过程中，我们正在转向一逐渐缩小的工艺窗口，因此，工艺技术人员的重要任务一是扩展工艺窗口，使工艺过程能够获得令人满意的结果(输出)同时最大限度地减小成本的响输入。如上所述金的某主要特性对波峰焊接效果有着显着的影响。润湿速度较和流动性较差，可能转化成漏焊或局部润湿缺陷的增多。焊在在线测试(ICT)或功能证测试/

(FVT)可能未被发现，因为引线末端焊盘之可能存在断续的电接触。锡桥会对电路的功能造成恒久的影响过用人工或自动检验方法都能容易检测出来。在目前大部分无铅制造工艺中都发现了锡桥缺增加，而且主要是由于合金表面张力较大，造成焊点回流良。这两种严重缺陷(桥和漏焊的自然补救方法是减焊接传输速度和提高锡槽和预热温度。减慢传输速度确增加合金润湿焊点的机会，却减慢了生产速度并会增加软顶面组件的可能性，因此这样做有可能损坏焊点。提高锡槽温度显然会加合金的流动性而改进回流和减少锡桥。但是这种法也有缺点：增加层压电路板和组件受损与二次回流的机，并提高铜溶解率和浮渣形成速率。合金浮渣对波峰焊接程的经济性造成很大的影响，虽说重要性比不上工艺良率但是增加合金成本使浮渣问题变得比以前更为重要，因此设法减小成渣率成为每个工程师注意的焦点。合金配方设计将影响金的固有成渣率(drossing)个易变因素影响成渣率温度、搅动、周围空气、合金纯度、合金调制和浮渣还原。就合金纯度而言，铝锌和镉含量高到会造成多的浮渣。未经搀杂纯净原材料多半含有过量的悬浮氧化物，在合金熔融过程通过多级化学处理对合金加以调制，可以去除这些悬浮氧物。成渣形式也很重要，许多合金生成的浮渣饱含金属，种情况并不理想，因为在焊槽除渣过程中浮渣把有用的金都除去了。现时市面上有各种各样的浮渣还原剂至左右的量添加于峰焊料合金，可以使浮渣奇迹般地成千粉，这样，除渣时便能够避免把有用的合金带出去。湿速度是波峰焊的一个重要因素，许多研究表明，在以排氧气的方式减小成渣率的同时，局部气体惰性化可以大大加润湿速度，这个选择方案可以代替提高锡槽温度。/

使用可靠性无铅组装渡引发了无铅合金焊点在使用中是否可靠的问题望在量和可靠性上保持良好的声誉的OEM来说，这种担心是合的。在这个项目下，试验分两个阶段进行，第一是评估焊的强度，比如用力把组件从电路板上拉下来并测量拉断所要的力量。第二是进行热循环加速寿命试验根据的终用途采用不同的循环曲线温度从某些消费电子品可接受的0至80至使用在恶劣环境(如机或引擎罩下的电子设备要求的-40至165，变化范围不等。为新金选择的热循环曲线介于上述条件之间40至125℃，变化斜率2／min，且在上下限温度各保温10分钟．表浮渣试结果表工艺良实验结果试验电路板是从工艺率实验中选择的，它们由带有Cu焊表面处理的路板组成。被检测的组件全是表面贴装片式电阻，择它们而非组件的因是：设/

想片式电阻焊点的抗强度大于件上的鸥翼形引线。每块电路板上共有1200流的链串接组件，每串，共形成24个路。试验设计和结果上表2至5是四款合金系统Sn99.3／Cu0.7、改性／Cu／以及Sacx0307进行的研究，评估无铅焊接工的四个主要特性：工艺良率、铜浸出率、浮渣形成和热／械可靠性。波峰焊实验使用了测电路板专门设计较杂，以区分不同加工条件下的差三助焊剂(包括水基醇基配方和两种电路板表面处0SP浸银处理)。试验电路板是从工艺率实验中选择的，它们由带有焊表面处理的路板组成。被检测的组件全是表面贴装片式电阻，择它们而非组的原因是：设想片式电阻焊点的抗强度大于组件上的鸥翼形引线。每块电路板上共l200只一流的链接组件，每串只，共形成电路。表5实验果按缺陷发生率最低到最高的次序排列，"缺陷总数块板的缺陷总数"相对％一列表示与最佳性能组合之差的百分比。验板在设计上考虑到了区分不同的配置而且在这个方面很效。根据结果数据可得出如下论点：1.研合金VaculoySACK0307性优于改性／Cu0.7(SnNi)和标准Sn99.3／合金。就缺陷数而论SACx0307EF4l02助焊剂和ImAg路板涂覆剂组合排名第二，缺陷总数仅比佳组合EF4102焊剂和ImAg路板涂覆剂多表现最好的Sn金是改性Sn99.3／Cu0.7(Sn／Cu／Ni)，但是它与EF4102助焊剂和ImAg表处理组合实验时，缺陷总数比最佳组合高出61％。改性／／／于标准／。简言之工艺良率价中发合金／Vaculoy/

SACX0307几乎可与合金媲美。结语无铅波峰焊已经发展两个主要的合金体系：／／Cu(锡／银／铜)体(通常含银量达至％)和基于Sn／Cu(锡铜)晶体系。如果按照用户的值方程式来衡量，二者都存在固有的缺陷含银至4％Sn／／Cu系提供良好的可靠生和工艺良率，但原材料的本昂贵。作为替代品的Sn／Cu共晶体系及其改性合金／CuNi)的原材料本楚低，但其工艺良率和焊接可靠存在问题。为了克服现有焊料体系的缺点，确信电子开发新型焊料合金。SACX0307波峰焊料合金的性能与相，但远远优于0.7合金系且原材料成本低于SAC305主要量度标准：润湿速高于／Cu0.7合金系，使之在上述试和后来进行的现场试中表现出很好的焊接效果。铜溶解率低于Sn99.3／合系和SAC305工艺良与相上下，胜过Sn99.3／Cu0.7合金系。浮渣率其它无铅合金相当。焊点机强度高于／Cu0.7金系和。可靠性同于Sn99.3／CuO.7金系和试验仍在进行之中。试验结果说明SACX0307无铅金将提供较低的总生产成本，因此能够满足铅焊接工艺的市场需要。对于许多电子装配厂来说向铅焊接工艺