电子行业的无铅焊料现状简介

电子行业的无铅焊料现状简介

22程亮等:不同分散剂对Al

2O3浆料流变性的影响

V ol.29No.4

Apr. 2010

高聚物的分子结构对于桥连作用的发生也有较大影响。浆料黏度先随着分散剂用量的增加而下降,当用量超过一最优值时,黏度则增加,这与较高浓度时高聚物的桥连作用有关。比较图3四条曲线可发现,与聚丙烯酸相比,加入共聚物的浆料黏度增加要缓慢得多,即浆料黏度对聚合物浓度不是很敏感。一方面,这是由于共聚物中惰性基团(如—COOCH3)的存在,从空间上阻碍了高分子链节间的相互作用,使其发生桥联作用的几率降低;另一方面,由于相同相对分子质量的二元共聚物中—COOH的数目比PAA中的少,因此加入二元共聚物引起的离子强度增加没有加入相同质量的PAA严重,这对浆料的稳定也是有利的[13]。由于上述两个原因,共聚物稳定的悬浮液可在较宽的分散剂浓度范围内保持稳定,这对实际操作是十分有益的。

3结论

通过研究不同分散剂对亚微米级Al2O3浆料的Zeta电位、稳定性和黏度的影响,得出如下结论:(1)Al2O3浆料中加入w(PAA)为0.5%后,其Zeta电位值下降,等电点由8.3附近移到4.7左右。在pH值为9~10,Zeta电位的绝对值达到最大(约60 mV)。

(2)相对分子质量较大的分散剂PAA和D—3019有助于Al2O3浆料的悬浮稳定;相对分子质量相同时,PAA类共聚物(xk—320)分散稳定浆料的能力要好于单纯的PAA(xk—300)。

(3)在浆料的固相含量较高时,相对分子质量较大的分散剂PAA和D—3019的用量对Al2O3浆料的黏度影响很大,其用量范围较窄;而相对分子质量较小的xk—300和xk—320对Al2O3浆料的黏度影响较小,其用量范围较宽。

参考文献:

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(编辑:陈渝生)

电子行业的无铅焊料现状简介

无铅焊接的全面导入需要解决很多问题,特别是无铅焊料的产业化。一些主要的电子产品生产国家,在无铅焊接的研究中有积极的行动。日本的无铅化焊接进程最快,美国也在加速无铅化焊接技术的开发与应用。

已经实用化的无铅焊料大体上分为3大类别,即高温的Sn-Ag系、Sn-Cu系,中温的Sn-Zn系,以及低温的Sn-Bi系等。国际锡研究协会(1TRl)的焊接技术研究部门对已开发的主要无铅焊料进行了综合性能试验比较。其比较结果为Sn-Ag-Cu最好,而且是目前使用最多的主流无铅焊料合金。回流焊焊膏主要采用SnAgCu 合金,而波峰焊采用较多的还是SnCu合金。在焊膏中主要采用96.5Sn-3.5Ag和95.5Sn-4.0Ag-0.5Cu共晶和近共晶合金系;波峰焊采用99.3Sn-0.7Cu共晶合金系;手工焊接采用99.3Sn-0.7Cu合金系。

除无铅焊料合金外,无铅助焊剂也是一个非常重要的行业。目前国内助焊剂行业虽有大小公司不少于几百家,主要供应松香基、免清洗等各种助焊剂,满足药芯丝、焊膏、波峰焊、手工焊等各种工艺的要求,但是国内公司的主要产品还是为含铅材料配合,同时陆续推出无铅焊料用助焊剂。无铅助焊剂要求耐高温,同时活化点要提高,以配合无铅焊料的高熔点,因而在配方和成本方面还存在很多问题没有解决。当然,由于助焊剂的原材料价格远低于合金本身,因此其价格变化还不是很敏感。

(EC&M)

电子封装用无铅焊料的最新进展

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 ethersPBDE)。 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,国内关于无铅焊料和无铅钎料的专利共有69条,从中可以看出我国自己的专利申请速度在不断加快。多数专利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,但有的专利由于组元太多,在生产中会产生困难。同时,尽管现在有很多专利,但是这些专利范围的成分还没有达到最佳性能,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 电子封装用无铅焊料的最新进展 黄卓1,张力平2,陈群星2,田民波1 (1.清华大学 材料科学与工程系,北京 100084; 2.振华亚太高新电子材料有限公司,贵州 贵阳 550018) 摘要:随着WEEE/RoHS法令的颁布,电子封装行业对于无铅焊接提出了更高的要求。根据国际上对无铅焊料的最新研究进展提出了无铅焊料“三大候选”的概念。总结了目前无铅焊料尚存的三大主要弱点,并对国际上推荐使用的几种无铅焊料的优缺点进行了概述。 关键词:无铅焊料;候选焊料;熔点;稳定性 中图分类号:TN305.94 文献标识码: A 文章编号:1003-353X(2006)11-0815-04 Recent Development of Lead-Free Solder in Electronic Packaging HUANG Zhuo1, ZHANG Li-ping2, CHEN Qun-xing2, TIAN Min-bo1(1. Department of Materials Science and Engineering , Tsinghua University, Beijing 100084, China; 2. ZhenhuaAsia-Pacific High-Tech Electronic Materials Co., Ltd, Guiyang 550018, China) Abstract: Along with the issue of WEEE/RoHS, electronic packaging industry raised the furtherrequirement for lead-free jointing. The three substitutes of lead-free solder were brought forwardaccording to the recent research. Three main weaknesses about the lead-free solder being usednowadays were summarized, and a summarization of the advantages and disadvantages about theinternational recommended lead-free solders were made as well. Key words: lead-free solder; substituted solder; melting point; stability 基金项目:国家“863”计划引导项目(2002AA001013) Se mi con duc to r Tec hno log y Vo l. 31 No. 11 No ve mbe r 2006815

无铅焊的发展现状和发展趋势

无铅焊技术的发展现状和发展趋势 摘要 在焊接技术的发展过程中,锡铅合金一直是最优质的、廉价的焊接材料,无论是焊接质量还是焊后的可靠性都能够达到使用要求;但是,随着人类环保意识的加强,“铅”及其化合物对人体的危害及对环境的污染,越来越被人类所重视。随着无铅焊接的逐步应用(这是大势所趋),越来越多的用户开始寻找合适的焊接工具与密管脚芯片返修设备。2006年7月起,进入欧盟市场的电子电气产品将禁用的有害物质包括:镉、六价铬、铅、汞、PBB(多溴联苯)和PBDE (多溴二苯醚)。我国也已制定了相应的法律法规,最后期限也是2006年7月。本文对无铅焊接技术做了主要的介绍。 关键词:焊料趋势工艺窗口设备 Abstract In the process of the development of solder alloys,tin lead has been the most high-quality,low-cost, whether the quality of welding welding materials or reliability of welding is used to achieve requirements,But,as the environmental protection consciousness, strengthen human "and" lead compounds for the harm to human body and pollution to the environment, more and more attention by humans. With the application of lead-free soldering gradually (this is inevitable), more and more users start looking for the right tools and pipe welding equipment repair feet chips. 2006 July,into the eu market electric products will disable the harmful material include: hexavalent chromium, cadmium, lead,mercury,PBB (br) and PBDE (more spin bromine diphenyl ether). China has formulated relevant laws and regulations, the deadline is July 2006. In order to make everyone to lead-free soldering have more understanding of lead-free soldering, this paper mainly introduces the doing.

关于编制无铅焊料项目可行性研究报告编制说明

无铅焊料项目 可行性研究报告 编制单位:北京中投信德国际信息咨询有限公司编制时间:https://www.360docs.net/doc/5f13830859.html, 高级工程师:高建

关于编制无铅焊料项目可行性研究报告编 制说明 (模版型) 【立项 批地 融资 招商】 核心提示: 1、本报告为模板形式,客户下载后,可根据报告内容说明,自行修改,补充上自己项目的数据内容,即可完成属于自己,高水准的一份可研报告,从此写报告不在求人。 2、客户可联系我公司,协助编写完成可研报告,可行性研究报告大纲(具体可跟据客户要求进行调整) 编制单位:北京中投信德国际信息咨询有限公司 专 业 撰写节能评估报告资金申请报告项目建议书 商业计划书可行性研究报告

目录 第一章总论 (1) 1.1项目概要 (1) 1.1.1项目名称 (1) 1.1.2项目建设单位 (1) 1.1.3项目建设性质 (1) 1.1.4项目建设地点 (1) 1.1.5项目主管部门 (1) 1.1.6项目投资规模 (2) 1.1.7项目建设规模 (2) 1.1.8项目资金来源 (3) 1.1.9项目建设期限 (3) 1.2项目建设单位介绍 (3) 1.3编制依据 (3) 1.4编制原则 (4) 1.5研究范围 (5) 1.6主要经济技术指标 (5) 1.7综合评价 (6) 第二章项目背景及必要性可行性分析 (7) 2.1项目提出背景 (7) 2.2本次建设项目发起缘由 (7) 2.3项目建设必要性分析 (7) 2.3.1促进我国无铅焊料产业快速发展的需要 (8) 2.3.2加快当地高新技术产业发展的重要举措 (8) 2.3.3满足我国的工业发展需求的需要 (8) 2.3.4符合现行产业政策及清洁生产要求 (8) 2.3.5提升企业竞争力水平,有助于企业长远战略发展的需要 (9) 2.3.6增加就业带动相关产业链发展的需要 (9) 2.3.7促进项目建设地经济发展进程的的需要 (10) 2.4项目可行性分析 (10) 2.4.1政策可行性 (10) 2.4.2市场可行性 (10) 2.4.3技术可行性 (11) 2.4.4管理可行性 (11) 2.4.5财务可行性 (11) 2.5无铅焊料项目发展概况 (12)

无铅焊料的开发与应用修订版

无铅焊料的开发与应用 Document number:PBGCG-0857-BTDO-0089-PTT1998

无铅焊料的开发与应用 摘要:工业垃圾对环境的污染已成公害,一些国家和地区已明确提出禁止和削减使用有害物质,包括含铅焊料。本文介绍对环保有利的无铅焊料,重点说明无铅焊料的技术现状和有效的使用方法及再利用问题等。一、无铅焊料的锡原料供应量 用无铅焊料替代有铅焊料所面临的首要问题就是锡原料的供应量。目前焊料的世界年产量为23万吨,广泛用于金属连接和表面处理镀覆等方面。焊料主成分锡的世界年产量为21万吨,其中6万吨作为焊料的原料使用。按照通常锡在焊料中占60%计算,每年新的焊料年产量应为10万吨,剩下的13万吨都是由残渣经再利用的焊料。 但是,无铅焊料并不能由含铅的再利用焊料来制造,所以必须用原料锡来制造。尽管无铅焊料的密度比原来的共晶焊料轻10%~20%,把重量减轻的因素考虑在内,但每年仍需要20万吨原料来生产无铅焊料。这个数字远远超过了目前焊料原料所使用的锡量。而且为避免铅的污染,在焊料替换时还要用锡来冲洗铅污染的焊料槽,所以又要用掉大量的锡。因

此,世界各国为了顺利地引入无铅焊料的应用,都必须把锡的供给量提高一倍。 二、无铅焊料现状与有效使用方法 从多年来对无铅焊料的研究来看,其合金成分基本上如图1所示的组合,到目前为止,多数研究是通过改变含量来谋求高性能的优质材料,已经发现了若干个添加元素,对提高材料强度和连接特性有效,并有研究成果面世。 从现在来看,在以手机和笔记本电脑为代表的高密度双面安装(HDSMT)基板上,由于与之连接的BGA封装型IC、铝电解电容和大型连接器等耐热温度低,同时受到基板特性、器件配置和配线图形的制约,再加上目前的再流焊条件没有大的变化,所以尽可能使用与目前的熔点相近的焊料则是最理想的。因此,开发了以在锡中组合进银和铋,锌为主成分的合金焊料。但是,这些焊料除了满足融点低外,其它特性都不好,有时甚至不能使用。同时,还必须改进制造设备,并重新探讨连接基材的表面处理。还有,在再流焊与流动焊混合安装基板的生产上,对于热造成基板伸缩和翘曲,导致焊接处产生的应力,必须采取缓解措施。否则,将不能保证连接处的可靠性,并引来麻烦。

无铅焊料的发展是由于人们认识到生态环境的重要性以及人的身体(精)

无铅焊料的发展是由于人们认识到生态环境的重要性以及人的身体健康而发展起来的,其大致可以分为以下几个阶段: (1)无铅焊料的提出阶段 1991年和1993年,美国参议院提出“Reid Bill”,要求将电子焊料中铅含量控制在0.1%以下。由于当时所有的电子产品都离不开有铅焊料,有铅焊料发展得相当成熟,而在那时人们对生态环境的保护意识还不够,对铅对人体损伤的认识不足,因而没有受到重视。 (2)无铅焊料的发起阶段 从1991年起NEMI、NCMS、NIST、Drr、NPL、PCIF、ITRI、JIEP等组织相继开展无铅焊料的专题研究,耗资超过2 000万美元,目前仍在继续。 (3)无铅焊料的运用阶段 在1998年10月,第一款批量生产的无铅电子产品Panasonic MiniDisc MJ30问世。20世纪90年代中叶,日本和欧盟作出了相应的立法:日本规定2001年在电子工业中淘汰铅焊料,在2004一年禁止生产或销售使用有铅焊料焊接的电子生产设备;而欧美在2006年禁止生产或销售使用有铅材料焊接的电子生产设备,但是由于无铅焊料还存在技术上的原因,有可能到2008年才能实现电子产品无铅化。 2.无铅焊料的技术要求 无铅焊料应该具备与锡铅体系焊料大体相同的特征,具体目标如下: (1)熔点低,合金共晶温度近似于Sn63/Pb37的共晶焊料相当,具有良好的润湿性;(2)机械性能良好,焊点要有足够的机械强度和抗热老化性能; (3)热传导率和导电率要与Sn63/Pb37的共晶焊料相当,具有良好的润湿性; (4)机械性能良好,焊点要有足够的机械强度和抗热老化性能; (5)要与现有的焊接设备和工艺兼容,可在不更换设备不改变现行工艺的条件下进行焊接。(6)焊接后对各焊点检修容易; (7)成本要低,所选用的材料能保证充分供应。 3.常见的无铅焊料及特性 最有可能替代Sn/Pb焊料的无毒合金是Sn为主,添加Ag、Zn、Cu、Sb、Bi、In等金属元素,通过焊料合金化来改善合金性能提高可焊性。 目前常用的无铅焊料主要是以Sn-Ag、Sn-Zn、Sn-Bi为基体,添加适量其它金属元素组成三元合金和多元合金。 (1)Sn-Ag系 锡银系(Sn96.5-Ag3.5)焊料作为锡铅替代品已在电子工业使用了多年。它的状态图如图3.9所示,共晶温度为221℃,与单村的共晶合金状态图相比(图3.8),Ag含量超过50%的成分范围比较复杂。在75%Ag含量附近有一个纵长的区域,写着Ag3Sn,在此成分和温度区域内,Ag3Sn能够稳定地存在。仔细看可以发现,在这个Ag3Sn区域的左侧与二元共晶状态图相似。在Sn和Pb二元合金的情况下,Sn和Pb结晶彼此都能在某种程度上固溶对方的元素,然而Sn中几乎不能固溶Ag。也就是说,所形成的合金组织是由不含银的纯β-Sn 和微细的Ag3Sn相组成的二元共晶组织。 图3.9 添加Ag所形成的Ag3Sn因为晶粒细小,对改善机械性能有很大的贡献。随着Ag含量的增加,其屈服强度和拉伸强度也相应增加。从强度方面来说,添加1-2%以上的Ag就能与Sn-Pb共晶焊锡相同或者超过它。添加3%以上的Ag,强度值显著比Sn-Pb共晶焊锡要高,但超过3.5%以后,拉伸强度相对降低。这是因为除了微细的Ag3Sn结晶以外,还形成

无铅焊料的研究进展

无铅焊料的研究进展 姓名:张明康 学号:201130410367 学院: 材料科学与工程 专业:金属材料科学与工程

摘要 随着电子工业的飞速发展和人们环保意识的提高,电子封装行业对无铅焊料提出了更高的要求,本文综述了无铅焊料的研究现状,存在的问题,并重点阐述稀土元素对无铅焊料性能的影响。 关键词:无铅焊料,电子封装,稀土 ABSTRACT With the rapid development of electronic industry and the improvement of environmental awareness, electronic packaging industry, puts forward higher requirements on lead-free solder, lead-free solder was reviewed in this paper the research status, existing problems, and focus on the effect of rare earth elements on the properties of lead-free solder. Key words: Lead-free solder, electronic packaging, rare earth 1 前言 长期以来,铅锡焊料由于具有较低的熔点、良好的性价比以及已获得性,成为低温含量中最主要的焊料系列。但是由于所含铅的比例较高,给环境带来了严重的污染,近年来随着人们环保意思的增强和对健康的关注,铅的污染越来越受到人们的重视。欧盟RoHS及WEEE法令的颁布,严格要求在电子信息产品中不得含有铅等有毒元素。严格的禁铅条例使电子封装产业对无铅含量提出了更高的要求,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。世界各国都在对无铅焊料进行了大量的研究,无铅焊接技术也得到了较大的发展,但仍存在着许多问题。 2 无铅焊料的研究现状

无铅焊料的热疲劳特性

无铅焊料的热疲劳特性 对无铅焊料进行热疲劳研究是最近才开始的事情,至今还没有构成完整的寿命预测模型,美国NCMS (NationalCenterforManufacturingSciences)的Lead Free solder project 曾对无铅焊料的热疲劳特性作了大量的研究。 作为焊料接合部热疲劳特性的评价方法,有通过视力对疲劳开裂的评价方法、利用电阻值变化的计测方法、或通过剥离试验对接合部剩余强度进行测定的方法等,对有框架引线类的QFP、PLCC等大多采用剥离试验求出接合部剩余强度再进行评价的方法。 图6.1-图6.4是将QFP 通过Sn-3.5Ag-x系无铅焊料组装于基板后,经热循环测试的器件与基板接合强度变化,及各个循环数的接合强度在初始强度下的减少关系(表示单位mass %)采用的QFP 试件由图6.5 表示(引线间距0.65mm、线数100)。

QFP 的引线电镀了S n-20Pb ,热循环制订二种方式,-30℃-130℃温度范围(△T-160K )和。0℃-100 ℃温度范围(△T = l00K ),升降速度1.78K/min,保持时间10min,采用气相式温度循环试验机。接合强度使用万能精密拉伸试验机,用0.5mm / min 的十字型滑块速度将引线框对着Cu 焊区垂直方向进行拉伸,在试验次数到30 次后,再用威伯尔曲线图计算出平均拉伸强度。 各焊料接合部的初始强度,除去合金Alloy H ( Sn-7.SBi-ZBi-0.SCu)以外,其余的接合强度都在其以上或同等。Sn-3.5Ag在添加Bi 后,其接合强度有上升的趋势,在2%时其强度达到峰值,其它场合强度都表示了降低趋势,Alloy H 合金所显示的初始强度与其他合金相比是最低的。 在添加Cu 的场合,接合强度同样显示上升,到1%时,比Sn-37Pb 、Sn-3.5Ag 有更好的接合强度。分析AT = 100 K 时各合金热循环和接合强度的关系,不难看出Sn-3.5Ag、添加Cu 后的接合强度下降趋势缓慢,而添加Bi 后,不管哪种合金都随着热循环数的增加接合强度明显下降,对添加Bi比较,Sn-3.5Ag 添加Cu、其强度下降非常少,即进入1200次循环后也不出现热疲劳损伤,具极优异的热疲劳抵抗性,而添加Bi 的合金焊料、其显示的接合强度,有的比Sn-37Pb还低。由此说明,在△T=100K 温度循环下,要保证无铅焊料具Sn-37Pb 以上的热疲劳抵抗性,Bi 添加量的界限为2%。 △T=160K 与△T=100K的比较,强度跌落的斜度较大,与添加Bi 的合金比较,Sn-3.5Ag 和添加Cu 的合金热疲劳特性良好、强度下降系数与△T=100K相同。Sn-3.5Ag的热疲劳抵抗性最好,在1200次循环后强度还保持在初始强度的80%添加Bi的合金强度降低与其浓度有关、在1200次循环后其强度为初始强度的20%程度。添加Cu的合金,明显地受到热疲劳损伤,1200次循环后其强度大体上与Sn-37Pb相同。 热疲劳试验证明,在△T =160K时,特性超过目前Sn-37Pb所具热疲劳抵抗的合金有Sn-3.5Ag或添加1%Cu以下的合金焊料,从合金熔点的观点考虑,Bi的含量多对其合金性

电子产品中的无铅焊料及其应用与发展

- 5 - 电子产品中的无铅焊料及其应用与发展 苏佳佳1,2,文建国2 (1.广东工程职业技术学院,广州 510520;2.广东工业大学,广州 510006) 摘 要:由于传统焊接技术使用的Sn-Pb 焊料中的铅会对环境造成污染而被禁止使用,近年来无铅焊料成为了研究热点。文中介绍了运用于电子产品中的无铅焊料的发展背景、特点及要求。根据应用温度不同,无铅焊料可以分为低温、中温和高温无铅焊料。文章综述了它们各自的应用特点、场合及存在的问题和发展前景。 关键词:无铅焊料;锡银合金;锡锌合金;锡铋合金 中图分类号:TN305.94 文献标识码:A 文章编号:1681-1070(2007)08-0005-04 Application Feature and Development of Lead-Free Solders Used in Electronical Product SU Jia-jia 1,2 , WEN Jian-guo 2 (1. Guangdong Polytechnic College , Guangzhou 510520, China ;2. Guangdong University of technology , Guangzhou 510006, China ) Abstract: Due to the destroyed to environment, the solders of Sn-Pb which have been used in traditional welding technology are forbidden. And the lead-free solders have been extensively research in these years. In this paper, the developing-background, feature and requirement of lead-free solders which used in electronic product were introduced. According to the application temperature, the solders have three types, which are low-temperature, mid-temperature and high-temperature. And their application features, fields and existing problems were presented respectively. The development of lead-free solders was also described.Key words: lead-free solder; S n-Ag; Sn-Zn; Sn-Bi 收稿日期:2007-05-11 1 引言 焊料从发明到使用,已有几千年的历史。Sn-Pb 焊料以其优异的性能和低廉的成本,得到了广泛的使用。但是,铅及其化合物属于有毒物质,长期使用会给人类生活环境和安全带来危害。因此,限制铅使用的呼声越来越高,各个国家已积极通过立法来减少和禁止铅等有害元素的使用。20世纪90年代初,美国国会提出了关于铅的使用限制法案(HR2479-Lead Based Paint Hazard Abatement Trust Fund Act ,S-1347-Lead Abate-ment Trust Fund Act ,S-729-lead Exposure Reduction Act ),并由NCMS (the National Center for Manu facturing Sciences )Lead Free Solder Project 等进行无铅焊料的研究开发活动。目前,研究替代Sn-Pb 焊料的无铅焊料主要集中在Sn-Ag 、Sn-Bi 、Sn-Zn 几种合金焊料上[1]。 2 无铅焊料的特点 理想的无铅焊料最好与原来的Sn-Pb 共晶焊料有相同或相近的性能,比如具备低熔点,能像纯金属那样在单一温度下熔融、凝固,具有与Sn-Pb 相同的熔融温度范围、良好的接合性能和浸润性等。对于

波峰焊无铅钎料的抗氧化研究进展

第23卷第1期2010年2月 常州工学院学报 Journa l o f Chang zhou I nstitute o f Techno l o g y V o.l 23 No .1 Feb .2010 收稿日期:2010 02 09 作者简介:栗慧(1980 ),女,讲师。 波峰焊无铅钎料的抗氧化研究进展 栗 慧 (常州工学院机电工程学院,江苏常州213002) 摘要:电子封装波峰焊从有铅到无铅的转换过程中,由于无铅钎料中锡含量比传统Sn 37Pb 钎料高,导致波峰焊过程中氧化渣的产生量很大,不仅造成浪费,还影响焊接质量。控制氧化是当前无铅波峰焊技术必须要解决的一个重要问题。论文概述了国内外波峰焊无铅钎料抗氧化的发展现 状及所取得的研究成果,并展望了前景。 关键词:无铅;钎料;抗氧化性;波峰焊中图分类号:TG425 文献标识码:B 文章编号:1671-0436(2010)01-0020-04 A Study on the Oxi dati on R esistance of L ead free Sol der U sed i n W ave Sol deri ng LI Hui (Schoo l of M ech an i ca l &E l ect rical Eng i neeri ng,Ch angzhou Instit u t e o f T echno l ogy ,C hangzhou 213002) Abstract :Now aday s i n the e l e ctron ic asse m b ly pr o ce ss ,w ave so ldering is changed from lead con ta i n ed to l e ad free .W h ile the m o re ti n content i n the l e ad free so lder w ill lead to m o re dro ss duri n g so ldering pr o cess .Too m uch dro ss w ill no t only w a ste the so l d er a ll o y ,but a lso affect the so lderi n g qua lity .Therefo re ,a key pr ob le m fo r l e ad free w ave so l d ering is to contro l t h e ox ida ti o n o f the so l d er .The re searc h and dev elopm en t progra m s on the ox ida ti o n resistance o f lead free so lder used i n W av e So l d eri n g around t h e w orld are briefl y intr oduced ,and the future pr o spects o f applicati o n o f the o x i d a tion resistance of lead free so l d er are presented,too . Key words :lead free ;so l d er ;anti ox ida ti o n;w ave so l d eri n g 0 前言 近年来,鉴于环保和健康的需要,无铅钎料的研究在全球范围内开始发展起来。无铅波峰焊接 转换过程中,一般选用Sn Zn 、Sn Cu 、Sn A g C u 等无铅焊锡条。人们已大量研究了这些无铅钎料的组织性能、界面金属间化合物生长和润湿性能。早 在20世纪80年代开始,就有学者[1] 开始注意到当锡铅钎料在液体状态和高温时氧化十分迅速,尤其是在波峰炉中,会很快形成新的锡渣氧化物,锡渣 的堆积会影响焊接质量,还造成了锡的浪费。目前,无铅钎料抗氧化性差是长久以来困扰行业发展的主要问题,仅有少量文献对其进行研究。 1 波峰焊钎料抗氧化的发展历程 波峰焊过程中,在液态钎料表面上最常见的氧化物为SnO 与SnO 2。锡炉液面形成氧化物残渣,过量的氧化物残渣不但影响焊接质量,还使无铅钎料的成本增加,尤其是对现在昂贵的无铅钎料。 过去,人们采用加入抗氧化油的方式来减少

从元素周期表认识无铅焊料的性能

从元素周期表认识无铅焊料的性能 人们对无铅焊料已做了广泛的研究,并已开发出三大系列无铅焊料(表1)。但这几大系列无铅焊料的部分性能,特别是焊接性能/润湿性、焊接温度/工艺性以及经济性等方面,尚不及SnPb焊料。考察这些元素在元素周期表中的位置,我们不难看出,为什么已开发出的无铅焊料在性能上只能部分达到SnPb焊料的水平?或者说,为什么寻找真正能与SnPb合金相同性能的物质是非常非常的困难? 焊料合金元素在元素周期表中的位置 目前,已经开发成功的无铅焊料的合金成份,基本上由下列元素组成(图1)。元素周期表(表2)显示,这几种元素作为焊膏的合金成分几乎是“非君莫属”。 图1 无铅焊料的基本元素 SnPb合金最符合“相似相融”原则 Sn-Pb焊料几乎有了几千年的历史,至今尚无法完全取代它们,表观上与他们的物化性能有关,而最根本的原因是与Sn、Pb两元素在周期表中的位置有关,它们均是第Ⅳ主族元素,排列位置紧紧相连(Sn 在第五周期内,Pb在第六周期内),就好象同一家族内的弟兄俩一样,血脉相通,它们之间互熔性能好,合金本身不存在金属间化合物(IMC)。 但又由于Pb在元素周期表中是第82号元素位,碳族的末端,属第六周期。而Sn在元素周期表中是

第50号元素,排列在次末端,属第五周期。因为Pb的核电荷数为82,远大于核电荷为50的Sn,故通常Sn可以失去最外层的4个电子形成Sn4+离子,如SnO2,故Sn呈现出明显的金属性能,而Pb原子外层也有4个电子,但因核电荷数有82个,对最外层4个电子有大的引力,故通常Pb只能失去2个电子,形成Pb2+离子,如PbO,故Pb元素的活泼性不及Sn元素的活泼性,因此在使用SnPb焊料焊接金属Cu时,实际上只有Sn参与被焊金属Cu等的结合,而Pb不参与反应,Sn与Cu通过相互扩散的原理,形成金属间化合物Cu6Sn5,焊接学中这种扩散又称之为选择性的扩散,但微观的原因仍是由Sn、Pb元素的原子结构所决定,不同的原子结构显示出Sn的活性要高于Pb。 为何Sn仍将是焊料的基材? 由于Pb的有害性而将被取代,然而Sn仍是作用优良的焊料基材而被利用,这是因为Sn和其它许多金属之间有良好的亲和作用,它的熔点低,无毒无公害,特别是在地球上储藏量大,价格低,因而仍是一种无法取代的焊料基材,因此所谓的无铅焊料仍是以Sn为基材的焊料,既然Sn的位置已定,从元素周期表来看,任何元素都无法代替Pb而构成类似Sn-Pb合金的焊料。 以Bi为例,Bi是除Pb以外离Sn较近元素,Bi是元素周期中排在第Ⅴ主族(氮族)元素的末位,若从周期上看,Bi排在第六周期期第15列与Pb在同一周期,但Pb排在第14列,根据上述的规律Bi与Sn 不是同族元素,并且Bi的金属性比Pb要弱,表3为Sn、Pb、Bi三者的部分物理常数。 从表3中看出,Bi的非金属性明显比Pb强,Bi是菱状晶体(类似金属晶体),具有脆性,SnBi合金的导电/导热性能不及SnPb合金,Bi与Sn有较好的互熔性,但Sn-Bi合金硬度高,延伸性低,不能拉成丝,一句话SnBi合金焊料不及SnPb合金焊料那样好。 只要将相关金属的熔点同它们与Sn构成的共晶合金比例进行比较(图1),就会发现有一个有趣的规律,即随着金属熔点的降低或者更准确地说,随着金属熔点向Sn熔点的靠近,这些金属与Sn的共晶成份的比例就明显提高(表4),这也形象地验证了“相似相融”的原则。 挑选合金配方不是改进无铅焊料性能的唯一方法 已开发出来的Sn-Zn、Sn-Ag、Sn-Cu合金等无铅焊料的部分性能,特别是焊接性能尚达不到Sn-Pb 焊料的水平,这与它们在元素周期表中的位置以及原子结构有着密切的关系。

无铅分析报告

分析报告 测试名称:焊点的可靠性分析 Testing Name:Solder joint reliability analyzing 测试机构:无铅焊接研发中心 Testing Organization:Lead-free Soldering R&D Center 报告分析人:胡强,李大乐 Report Analyzer:HU Qiang,LEE Da-le 测试日期:2004-11-6 Test Date:2004-11-6 测试板的工艺参数如表1所示 表1测试板的工艺参数 参数值 PCB材质 PCB厚度(mm) 1.6 引脚镀层 焊盘镀层 焊料牌号M705 焊料成分Sn-3.0Ag-0.5Cu 助焊剂牌号ESR-260S 助焊剂流量(ml/min) 波峰焊设备名称Suneast SAC-3JS 轨道传输速度(m/min) 1.2 预热温度(℃)130,135 锡炉温度(℃)265 冷却速度(℃/s) 5.7 通过体式显微镜对PCB焊点的表面进行观察,存在焊点表面裂纹等焊接缺陷,如图1所示。 图1焊点的表面裂纹 从图中可以看出,表面裂纹发生在焊点的弯月面位置,而且裂纹方向大部分平行于元器件引线。通过对PCB其它焊点表面裂纹的观察,基本上都存在这种方向性。通过对表面

裂纹的高倍观察,发现表面裂纹并没有延伸到焊点底部,终止于很浅的位置,如图1所示。为了更好的观察裂纹增长的长度和分析裂纹产生的原因,对焊点作截面分析,如图2所示。 图2裂纹的截面图 裂纹产生的原因是多方面的,PCB所用的材料、无铅焊料的特性、焊接工艺等因素不当都有可能产生裂纹这种焊接缺陷。 1.当PCB的线膨胀系数过大时,在冷却过程中容易产生较大的收缩量,从而容易在焊点凝固过程中产生内应力,导致裂纹的产生。 2.无铅焊料的特性是否满足要求,最好是共晶成分,特别不能受到铅的污染。另外如果无铅焊料中含有合金元素Bi,则更容易产生裂纹。 3.对于工艺因素来说,预热温度应当适中,避免波峰焊接时对PCB的热冲击,造成PCB的热变形,造成裂纹的产生,同时建议采用焊后快速冷却,可以避免裂纹的产生。 从图1和图2中分析可知,裂纹尖端比较圆滑,从而说明裂纹是在冷却过程中产生的液相裂纹,其原因是由于PCB的收缩产生向下的应力,靠近元器件引线的钎料收缩亦产生内应力,从而在焊点位置出现应力集中,当焊点局部冷却速率相对于其它位置较慢时,钎料之间的结合力相对较弱,很容易产生这种液相裂纹。 产生裂纹的最主要原因就是PCB材质,当PCB材质的线膨胀系数较大时,在焊接过程中产生较大的变形,从而很容易产生裂纹等焊接缺陷。特别是对于无铅焊接,由于预热稳定的升高和焊接温度的升高,对PCB材质的要求更高,要求更高Tg值的PCB材质,以满足无铅焊接的要求。 通过对热冲击试验板的分析,发现此种圆滑尖端的裂纹并没有扩展,从而更进一步说明了此种裂纹是在焊接过程种产生的液相裂纹。通过热冲击试验后在PCB焊点中出现了极少量的微裂纹,如图3所示。 图3热冲击中形成的微裂纹 从图中可知,此种裂纹终止于尖端,产生的原因是固态下由于内应力的作用产生的撕裂,明显不同于液相裂纹的圆滑尖端。 通过对PCB焊点的分析,无铅钎料对焊盘和元器件引线的润湿性以及通孔的填充性都

无铅焊料的新发展

无铅焊料的新发展 前言 锡铅焊料是电子组装焊接中的主要焊接材料,以其优质的性能和低廉的成本,一直被人们所重视。但众所周知铅及它的化合物是有毒物质,人类如长期接触会给生活环境和安全带来较大的危害。其中铅对儿童的危害更大,会影响其智商和正常发育。人类为避免这方面的问题,限制使用甚至禁止使用有铅焊料的呼声越来越高。最终拥有悠久历史的传统型锡铅焊料,将会逐渐被新的绿色环保型焊料所替代。如无铅汽油的广泛使用就是一个很好的范例。世界各国都纷纷开展无铅焊料的研究工作。特别是欧美、日本等一些发达国家在无铅化的研究和应用上非常重视,已经走在世界前列。二十世纪末日本已有多家知名公司相继使用无铅焊料进行批量生产。Panasonic 1998年9月就开始在批量生产盒式收录机中使用Sn-Ag-Bi(In),还有NEC、SONY、TOSHIBA、HITACHI等公司先后用无铅焊料进行批量生产,同时都制定了全面推行无铅化的期限。 2 无铅焊料的介绍 传统锡铅焊料,它是利用Sn63Pb37为锡铅低共熔点,其共晶温度是183℃,与目前PCB的耐热性能接近,并且具有良好的可焊

性、导电性以及较低的价格等优点而得到广泛使用。无铅焊料是利用锡与其它金属如铜、铋、银等金属的合金在共晶点或非 共晶点出现的共熔现象制成的焊料。作为锡铅共晶焊料合金的替代材料,无铅焊料应该在融点、机械特性和物理特性等方面同锡铅共晶焊料合金接近,且供应材料充足,毒性弱并能在现有的设备中运用现有的工艺条件进行使用。 2.1 无铅焊料的具体要求 无铅焊料应该具备与锡铅体系焊料大体相同的特征,具体目标如下: (1)替代合金应是无毒性的。一些考虑中的替代金属,如镉和碲,是毒性的;其它金属,如锑、铟,由于改变法规的结果可能落入毒性种类。 (2)熔点应同锡铅体系焊料的熔点(183℃)接近,不应超过200℃。 (3)供应材料必须在世界范围内容易得到,数量上满足全球的需求。某些金属--如铟(Indium)和铋(Bismuth)--数量比较稀少,只够用作无铅焊锡合金的添加成分。 (4)替代合金还应该是可循环再生的,如将三四种金属加入到无铅替代焊锡配方中可能使循环再生过程复杂化,并且增加其成本。

无铅焊料的新发展

无铅焊料的新发展 .、八、一 前言 锡铅焊料是电子组装焊接中的主要焊接材料,以其优质的性能和低廉的成本,一直被人们所重视。但众所周知铅及它的化合物是有毒物质,人类如长期接触会给生活环境和安全带来较大的危害。其中铅对儿童的危害更大,会影响其智商和正常发育。人类为避免这方面的问题,限制使用甚至禁止使用有铅焊料的呼声越来越高。最终拥有悠久历史的传统型锡铅焊料,将会逐渐被新的绿色环保型焊料所替代。如无铅汽油的广泛使用就是一个很好的范例。世界各国都纷纷开展无铅焊料的研究工作。特别是欧美、日本等一些发达国家在无铅化的研究和应用上非常重视,已经走在世界前列。二十世纪末日本已有多家知名公司相继使用无铅焊料进行批量生产。Panasonic 1998年9 月就开始在批量生产盒式收录机中使用Sn-Ag-Bi(In) ,还有NEC、SONY、TOSHIBA 、HITACHI 等公司先后用无铅焊料进行批量生产,同时都制定了全面推行无铅化的期限。 2 无铅焊料的介绍 传统锡铅焊料,它是利用Sn63Pb37 为锡铅低共熔点,其共晶温 度是183C,与目前PCB的耐热性能接近,并且具有良好的可焊 性、导电性以及较低的价格等优点而得到广泛使用。无铅焊料是利用锡与其它金属如铜、铋、银等金属的合金在共晶点或非共晶点出现

的共熔现象制成的焊料。作为锡铅共晶焊料合金的替代材料,无铅焊料应该在融点、机械特性和物理特性等方面同锡铅共晶焊料合金接近,且供应材料充足,毒性弱并能在现有的设备中运用现有的工艺条件进行使用。 2.1 无铅焊料的具体要求 无铅焊料应该具备与锡铅体系焊料大体相同的特征,具体目标如下: (1) 替代合金应是无毒性的。一些考虑中的替代金属,如镉和碲,是毒性的;其它金属,如锑、铟,由于改变法规的结果可能落入毒性种类。 ⑵熔点应同锡铅体系焊料的熔点(183 C)接近,不应超过200 Co (3) 供应材料必须在世界范围内容易得到,数量上满足全球的需 求。某些金属--如铟(Indium)和铋(Bismuth)--数量比较稀少,只够用作无铅焊锡合金的添加成分。 (4) 替代合金还应该是可循环再生的,如将三四种金属加入到无铅 替代焊锡配方中可能使循环再生过程复杂化,并且增加其成本。 (5) 机械强度和耐热疲劳性要与锡铅体系焊料大体相同

无铅焊料1

无铅焊料 常见无铅焊料合金性能介绍 无铅焊料成为电子组装行业的主要焊接材料。无铅焊料地发展过程中,各种各样的无铅焊料不断涌现,对于无铅焊料合金的组织结构特点和性能的了解就显的十分重要。由于ROHS 指令和WEEE指令在欧洲会议获得批准,2006年7月开始欧洲将禁止含铅电子产品的销售,同时中国也开始进入了无铅化的时代,这都使无铅焊料成为了必然。对于电子行业来说无铅焊料的选择成为了一个关键的问题。为此,材料界进行了大量的研究工作,试图找出可以替代Sn-Pb焊料的无铅焊料。现在各种系别组成的无铅焊料合金有很多种,其中主要有:Sn -Ag、Sn-Zn、Sn-Bi、Sn-Cu等二元合金以及在此基础上添加其他合金元素形成的三元、四元乃至五元合金。下面就对现今主要的无铅焊料合金组织结构及性能进行介绍。 Sn-Ag系列 Sn-Ag系焊料作为锡铅替代品已在电子工业使用了多年。典型的组成比例是Sn96.5-Ag3.5,其熔点为221℃。这种焊料所形成的合金组织是由不含银的纯β-Sn和微细的Ag3Sn相组成的二元共晶组织。添加Ag所形成的Ag3Sn因为晶粒细小,对改善机械性能有很大的贡献。随着Ag含量的增加,其屈服强度和拉伸强度也相应增加。从强度方面来说,添加1-2%以上的Ag就能与Sn-Pb共晶焊锡相同或者超过它。添加3%以上的Ag,强度值显著比Sn-Pb 共晶焊锡要高,但超过3.5%以后,拉伸强度相对降低。这是因为除了微细的Ag3Sn结晶以外,还形成了最大可达数十微米的板状Ag3Sn初晶。形成粗大的金属间化合物不仅使强度降低,而且对疲劳和冲击性能也有不良影响,因此对Ag的含量和金属界面的金属间化合物要进行认真的考究。 在Sn-Ag合金里添加Cu,能够在维持Sn-Ag合金良好性能的同时稍微降低熔点,而且添加Cu以后,能够减少所焊材料中铜的浸析。Sn-Ag-Cu无铅焊料是目前被认为最接近实用化的Sn-Pb焊料替代品,也是目前无铅焊料得首选。典型的组成比例是Sn3.0Ag0.5Cu,熔点为216~217℃。Sn与次要元素Ag和Cu之间的冶金反应是决定应用温度、同化机制及机械性能的主要因素。在这三元素之间有三种可能的二元共晶反应。在温度动力学上Sn更适合与Ag或Cu反应,来形成Ag3Sn或Cu6Sn5金属间化合物。Ag3Sn细微结晶具有相当长的纤维状组织。Ag与Cu一样也是几乎不能固溶于β-Sn的元素。较硬的Ag3Sn和Cu6Sn5粒子在锡基质的锡银铜三重合金中,可通过建立一个长期的内部应力,有效地强化合金。这些硬粒子也可有效地阻挡疲劳裂纹的蔓延。Ag3Sn和Cu6Sn5粒子的形成可分隔较细小的锡基质颗粒。Ag3Sn和Cu6Sn5粒子越细小,越可以有效地分隔锡基质颗粒,结果是得到整体更细小的微组织。这有助于颗粒边界的滑动机制,因此延长了提升温度下的疲劳寿命。Sn3.0Ag0.5Cu焊点中Sn先结晶,以枝晶状(树状)出现,中间夹Cu6Sn5和Ag3Sn。当Cu 含量在0.5~1.3﹪,Ag含量在3.0~3.5﹪时可以得到比较好的合金性能。 Sn-Zn系列 Sn-Zn系无铅合金的典型组成比例为Sn9Zn,熔点是199℃,被认为是最有发展潜力的无铅焊料。Sn、Zn元素以固溶体的形式构成合金,说明了Sn-Zn有较好的互熔性。Zn能均匀致密的分散在Sn中。但由于存在润湿性和抗氧化性差等问题曾被认为是一种并不理想的无铅焊料。近年来对Sn-Zn系合金润湿的研究取得了明显进展,在Sn-Zn中添加Bi焊料是目前研究较为广泛的无铅合金材料。Bi是一种表面活性元素,在熔融状态下,Bi元素能够向溶体表面富集,导致合金的表面张力减小。因此,Bi的加入提高了合金的润湿性能,研究表明在Sn-9Zn为共晶合金的基础上加入Bi虽然提高了合金的润湿性,但往往伴随着焊料力学性能的下降,通过调节合金中Zn的含量,能够减少初生Zn相的生成,在提高润湿性(缩短润湿时间)的条件下降低由于Bi的加入带来的力学性能恶化效果。Sn8Zn3Bi合

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