电子封装用无铅焊料的最新进展
无铅焊料十温区回流焊过程的仿真研究
实验方法
实验采用的材料包括无铅焊料、基板、散热片等，设备包括回流焊炉、温度测 试仪和显微镜等。实验流程为：首先对基板进行预处理，然后在基板上放置无 铅焊料，最后将基板送入回流焊炉进行焊接。实验过程中，通过温度测试仪对 回流焊过程中的温度进行实时监测，并采用显微镜观察焊料浸润和界面反应情 况。实验结果通过图像处理和数值分析等方法进行处理和验证。
研究现状
目前，国内外研究者针对无铅焊料十温区回流焊过程进行了大量研究。实验设 计方面，研究者通过合理规划焊接工艺参数、优化焊料成分和改进焊盘设计等 手段，提高了无铅焊料的焊接性能和可靠性。数据处理方面，研究者利用图像 处理、模式识别和数值模拟等方法，对回流焊过程中的温度场分布、焊料浸润 行为和界面反应等进行深入研究。
系统设计
多温区无铅回流焊炉控制系统的主要设计思路是将回流焊炉分为多个温区，每 个温区独立控制温度，实现不同工艺要求的温度曲线。系统的架构主要由硬件 和软件两部分组成。硬件部分包括温度传感器、加热器、冷却装置、运动控制 系统等；软件部分则负责数据处理、温度控制、炉内物料运输等。
为实现多温区无铅回流焊炉控制系统的设计目标，我们采用了以下关键技术：
仿真分析方面，研究者采用有限元法、有限差分法等数值模拟方法，对无铅焊 料十温区回流焊过程进行建模仿真，取得了丰富的研究成果。
关键技术
无铅焊料十温区回流焊过程的关键技术包括温度场建立、热量传输模拟和焊料 浸润等。首先，建立精确的温度场模型是回流焊仿真的基础。研究者需考虑材 料热物性参数、加热装置布局和热量损失等因素，对模型进行精确求解。其次， 热量传输模拟需要通过对流、传导和辐射等过程的综合考虑，模拟焊料在回流 焊过程中的热量传递行为。最后，焊料浸润涉及到焊料的物理化学性质、界面 张力等因素，需要采用适当的模型对浸润过程进行模拟。
电子元器件封装无铅化及其发展趋势
【 关键字１ 元器 封装；无 件； 铅化； 焊料； 胶 导电
０６ 月１ １ 、电子元器件无铅化势在必行 不惜 二次 污 染 ，是 包括 铅 在 内的 有 害 在２ ０ 年的７ 号前实施无铅工艺，
所 所 有 的出 口产 品也 就 要 达 到 欧 Ｉ 关 ＊ Ｈ 焊 料 的 使用 历 史悠 久 ，从 古 罗马 物 的 重 要 来 源 。 图 １ 示 为 铅 的 一 系 指令的标准 。但是 ，我国在无铅焊接 用铅锡焊接 水管引水，到现代 电予工 列污 染 问题 “。 业 中 元器 件 的焊接 封 装 ，均 离 不 开 焊 为此，世界各 国已制定法律来控 技 术 及 其材 料 的研 究方 面还 较 落 后 ， 料 的 使 用 。据 统 计 ， 全 世 界 每 年 有 制 铅 等 有 毒 物 质 的 使 用 ， 欧 盟 于 虽然 已在进行相关研究，但基本是处 ０２ ０ Ｅ Ｅ Ｗ ｓ ｅ １ ２００￣铅 用 于 电子 行业 ，其 中 铅 锡 ２ ０ 年 １ 月 完 成 的 Ｗ Ｅ （ ａ ｔ Ｅ 一 于 采 用 国外 材 料 和 工 艺技 术 的应 用 性 ０ ０， 焊 料 中的铅 是较 大 片 项 。 ｊ
（｝Ｓ） 金 同 时 具 有 低 成 本 与 适 当 ｝一 ｎ合 ） ］ 性 质 ， Ｐ— ｎ 锡 合 金 一 直 被 用 于 焊 NhomakorabeaｂＳ 焊
（ｅ ｔ ｉｔ ｏ ａ ａ ｄ ｕ Ｓ ｂ ｔ ｎ ｅ Ｒ ｓ ｒ ｃ ｆ Ｈ ｚ ｒ ｏ ｓ ｕ ｓａ ｃ ，
策划和组织 。面临 曰本 、美 国和欧
系统 紊乱、神经和 身体发育迟缓 ，会
在世 贸组 织 原 则下 ，市场 准 入 门
做 了 大量 的 准 备 工作 ，相 对 来说无 铅
对 肾脏形成中毒性 肾病 、对血红蛋 白 槛 的环保法令将直接影 响各 国的产品 元器件是 目前无铅化 比较薄弱的一个 指 ｑｏ６ 形成障碍 ，最后导致贫血，铅 中毒特 进 出 口额 。欧 盟 的 《 令 》￣ ２ｏ 年 环 节 ，随 着 世界 电子 制 造 业 向 中 国 的
无铅焊料研究报告综述
无铅焊料研究报告综述无铅焊料是一种替代传统有害铅族元素的焊接材料。
由于铅的毒性和环境污染问题，无铅焊料的研究和应用已经成为焊接领域的一个热门话题。
本综述将对无铅焊料的研究现状进行概述，并讨论其应用前景。
一、研究背景无铅焊料的研究起源于对铅的环境和健康问题的关注。
传统的铅焊料在焊接过程中会释放出有害物质，对人体健康和环境造成潜在风险。
随着环境保护意识的提高，研究人员开始寻找无铅的替代品，以减少对环境和人体的伤害。
二、无铅焊料类型目前，无铅焊料的研究主要集中在两个方面：无铅钎料和无铅焊丝。
无铅钎料是一种用于电子元器件和微电子封装的焊接材料，其主要成分是镍，银和锡等无铅合金。
无铅焊丝则适用于半导体和电子组件的焊接，广泛用于电子设备制造和汽车行业。
三、无铅焊料的特点与传统的铅焊料相比，无铅焊料具有以下几个显著的特点：1.环保：无铅焊料不会释放有害的铅元素，对环境和人体健康无毒害性，符合环保要求。
2.可靠性：无铅焊料能满足组件焊接的可靠性要求，其焊缝强度和抗热冲击性能优于传统铅焊料。
3.经济性：由于铅焊料的成本逐渐增加，无铅焊料因其可再生性而具有更低的成本。
四、无铅焊料的研究进展在无铅焊料的研究中，研究人员主要关注材料的性能和工艺优化。
针对无铅钎料，目前的研究主要集中在改善焊缝强度和抗热冲击性能，提高焊接质量。
而对于无铅焊丝，研究人员主要致力于提高其润湿性和可焊性，以满足高要求的焊接工艺。
五、无铅焊料的应用前景随着环保意识的提高和环境保护法规的加强，无铅焊料将逐渐取代传统铅焊料成为焊接领域的主流材料。
虽然无铅焊料在性能和工艺上仍存在一些挑战，但其广泛应用的前景是十分乐观的。
尤其是在电子设备制造、汽车行业和航空航天等高端领域，无铅焊料将成为必备的焊接材料。
六、总结无铅焊料的研究和应用是一个具有重要意义的课题。
其环保性和可靠性使得无铅焊料成为未来焊接材料的重要发展方向。
然而，目前研究仍面临一些挑战，如材料性能和工艺优化等。
与软焊料无铅化对应的电镀技术的现状
１使 用无铅焊料 的 电子元件 电镀 的
种 类
无铅 焊料 对 应 的 电镀 的种 类 因组 装元 件 而 异 。以 下 ，对 主要 的组 装元件 的 无铅 电镀 进行 说 明 。此外 ，假设 这 些 电镀 是 在 作 为无铅 焊 料 采 用 Ｓ — ｇ ｎＣｕ Ｓ — — ｎＡ 、Ｓ — 和 ｎＡｇＣｕ系 无铅焊 料 的
镀Ｐ ｄ和镀 Ｐ ／ ｄＡｕ适用 于 Ｃ１４等 Ｃ ９ ｕ系 引线框 架 ，但是 对 于 ４ ２合 金等 Ｆ ｅ系 引线框 架 ，由于
存 在腐 蚀 问题而 不适 用 。而 且 ， 存在 Ｐ 还 ｄ自身 价格 高的 问题 。作 为 Ｓ ｎ系合 金焊料 镀 ，正在 研
为标 准 的无铅 焊料使 用 Ｓ 一ｗ％Ａｇ０５ ％Ｃｕ ｎ３ ｔ 一． ｗｔ 。
太 大变化 。图 １表 示 日本 电子工 业振 兴协会 对
铅 电镀的调查结果。半导体元件的 电镀 ，在 日
本 多 为 Ｓ － ｉ 金焊料镀 ，在欧 美则 以镀 Ｓ ｎＢ 合 ｎ为
这个计 划 的 目标 是确 定 无铅 焊料 的 各种 试验 方
法 。０３年 ６月 ２ ２０ ０日制定 了无 铅焊料 试验 方法
＜Ｉ １ ８ 。而且 ， 日本 电子工 业振 兴协会 ＜ ＳＺ ３ ９ ＞ Ｊ ＞
的焊料 。 ｎＢ 合金 的共 晶成 分是 Ｓ 一８ ｔ ｉ ｓ —ｉ ｎ５ ｗ ％Ｂ ， 这样 多 的 Ｂ 含量使 合 金膜 变脆 ，电镀 后 的引线 ｉ
论 述 了与 无 铅焊 料 对应 的 电镀 技 术 的现状 和 课
题。
限制 。从 ２０ ０ ６年 ７月 １日开始 ，在欧盟 范 围内 铅 等有 害物 质被 完 全 禁止 使用 。因此 ，用含 铅
的软焊 料组 装 的 电子 电器 设备 被 禁止 向欧盟 出 口。而且 ， 日本 的 电子情 报 技术 产 业协 会 表示
无铅焊料的新发展
２ ２７
兀铅焊料应该具 备 锡铅体系焊料大体相 同的特 ｝ ， 具体 目标 如 下 ： ｉ ｌ
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
别是 欧美 、日本等 一些 发达 国 家在无 铅化 的研究 和
收稿日期： ０ ５０ －５ ２０ －８０
一
６一
维普资讯
鲜 飞 ：无铅焊 料的新发爬
．
ｌａ －ｒ ｅｓ ｌ ｅ ｓ ｅ ｉｌｙ ｉ ｅ ｅ ｔ ａ ｓａ ｅｉ ｔｏ ｕ ｅ ｅ ｄ ｆｅ ｏ ｄ ｒｅ ｐ ｃａｌ ｎｒ ｃ ｎ ｒ ｒ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ，ｔ ｅｄ ｓ ａ ｉ ｅ ｗｅ ｎｃ ｒｅ ｔ ｖ ｌ ｐ ｄ Ｌｅ ｄ ｆｅ ｙｅ ｈ ｉｐ ｒｔ ｂ ｔ ｅ ｕ ｒ ｎ ｅｏ ｅ ａ —ｒ ｅ ｙ ｄｅ
世 界各 国都纷 纷 开展无铅 焊料 的研 究工作 。特
２ 无铅焊料的介绍
传 统锡 铅焊料 ，它是 利用 Ｓ ６ Ｐ ３ ｎ ３ｂ ７为锡 铅低 共 熔 点 ，其 共 晶温度是 ｌ ３ ，与 目前 Ｐ Ｂ 的耐热性 ８℃ Ｃ
能 接近 ，并且 具 有 良好 的可焊 性 、导 电性 以及 较低
需进 一步加 强研 究与开发 。
关键 词 ： 焊接 ；无 铅 焊 料 ； 电子 组 装
中图分类号 ：Ｔ ０ ． Ｎ３ ５９ ４
文献 标识 码 ：Ａ
文章 编号 ：１ ８ －０ ０ （ ０ ６） ４０ －４ ６ １１ ７ ２ ０ ０ －６０
Ｔｈ ｗ ｖ ｌ ｐｍ ｅ Ｌｅ ｄ－ｒ ｅ Ｓｏ ｄｅ ｓ ｅ Ｎｅ Ｄｅ ｅ ｏ ｎｔｉ ｎ ａ ｆ ｅ ｌ ｒ
应用 上 非常重 视 ，已经 走 在世 界前 列 。二 十世 纪末
无铅化挑战组装和封装材料
无铅化挑战组装和封装材料用镂板印刷或电镀制作的晶圆凸点，显示了无铅在倒装芯片和芯片级封装和组装领域的可行性。
无铅是90年代末期发自日本的信息，而今已经被欧洲联盟以严格的法律加以响应。
铅的毒性已经广为人知，人们虽然仍在争论电子元件中的铅是否真的对人类和环境造成威胁，但人们已经更为关注废弃的电子器件垃圾中铅的渗透并产生的污染。
另外，含铅器件的再利用过程中有毒物质的扩散也是一个关注的热点。
大多数可行的替换方案并不是类似于铅毒性的威胁，而是对环境的其它负面影响，例如，高熔点意味的高能耗。
当然，使用先进的设备和新的回流焊温度设置在某种程度上也许有可能得到高熔点低能耗的效果。
另外，如果用含银的材料来替代铅锡焊料，会产生另一个负面的对生态环境的影响，那就是需要大量开采和加工贵重的金属矿石。
立法规定最后期限历经了数年的磋商和议论之后，现在有25个欧洲联盟成员国，已经在执行禁止在电子器件中使用铅的法律。
2006年7月1月开始，所有用于欧洲市场的电子产品必须是无铅的，包括信息和通讯技术设备、消费类电子、家用电器等等。
该项法律也规定了多项例外。
用于服务器、存储器、以及特种网络设施的焊料，到2010前仍然可以含铅。
另外，含铅量超过85％的焊料也不在此项规定之列。
欧洲委员会还在启动一项针对更多免责的评估，比如用于高端PC处理器的倒装芯片封装的互连中的含铅焊料。
大多数这种互连是将高度含铅的C4焊球。
欧盟关于铅等危险物的限制原则是尽量替换铅，只有在“技术上无法替换”时才可以使用铅。
指令的适用范围有时定义得也不太明确。
例如，消费电子不可以用铅，而汽车电子可以，那么，汽车内的收音机怎么办？目前允许汽车收音机含铅，但是还有些类似情况仍然有待进一步裁决。
欧联的无铅法律将影响全球的电子产业，一来是由于供应链的全球化，再者也是由于在其它国家已经开始有类似的法律。
例如，中国已经提出了禁止同样物质的类似法律，而且最后期限也设定为2006年7月1日。
电子封装互连无铅钎料及其界面问题研究
电子封装互连无铅钎料及其界面问题研究1. 本文概述随着电子科技的飞速发展，电子封装互连技术在现代电子产品中发挥着至关重要的作用。
钎料作为实现电子器件之间以及器件与基板之间连接的关键材料，其性能直接影响到电子产品的质量和可靠性。
传统的钎料中往往含有铅元素，铅是一种有毒物质，对环境和人体健康造成了严重威胁。
研究和开发无铅钎料已成为电子封装领域的重要课题。
本文旨在探讨无铅钎料在电子封装互连中的应用及其界面问题。
我们将对无铅钎料的发展历程和现状进行概述，分析无铅钎料的主要类型和特点。
我们将深入探讨无铅钎料与电子器件、基板之间的界面问题，包括界面结构、界面反应、界面性能等方面。
本文还将对无铅钎料在电子封装中的可靠性进行评估，以便为实际应用提供指导。
2. 无铅钎料的基本性质无铅钎料是电子封装互连中的关键材料，随着环境保护法规的日益严格和对人类健康的关注，无铅钎料逐渐取代含铅钎料成为行业标准。
无铅钎料的基本性质主要包括以下几个方面：熔点：无铅钎料的熔点通常高于含铅钎料，这意味着在焊接过程中需要更高的温度。
熔点的提高可能会对电子组件的热敏感性造成挑战。
润湿性：润湿性是指钎料在固体基底上的铺展能力，它是评价钎料性能的重要指标。
无铅钎料的润湿性通常不如含铅钎料，这可能会影响焊接质量和可靠性。
机械性能：无铅钎料的机械性能，包括抗拉强度和延展性，通常较含铅钎料有所下降。
这要求在设计和制造过程中对材料选择和工艺参数进行优化。
热稳定性：无铅钎料需要具备良好的热稳定性，以保证在电子设备的使用过程中不会因温度变化而发生性能退化。
热稳定性的提高有助于延长产品的使用寿命。
化学稳定性：无铅钎料在使用过程中应不易发生化学变化，以避免导致焊接接头的腐蚀或断裂。
化学稳定性是确保电子封装长期可靠性的重要因素。
环境适应性：无铅钎料应具有良好的环境适应性，能够在不同的环境条件下保持性能稳定，包括湿度、温度变化和机械振动等。
3. 电子封装互连技术概述电子封装互连技术是电子工程领域中的一个关键环节，它涉及到芯片、元器件、电路板和系统之间的电气连接和物理固定。
微电子封装无铅焊点的可靠性研究进展及评述
的关键 问题之 一 。
子 电器产 品如家 电产 品 、 通信产 品 、 消费类 电子和 汽 车 电子等得 到 了广 泛 的应用 。电子封装 能够 为芯 片 和 Ｐ Ｂ等 电子 产 品组件提 供机 械连 接 、 Ｃ 电连接 和信
关键词 ： 电子封装 ； 无铅 ； 焊点 可靠性
中图分 类号 ： Ｎ ０ Ｔ ６ 文献标 识码 ： Ａ 文章编 号 ：０ １ ３ ７ （ ０ ０ ０ ０ ７ ０ １０ — ４ ４ ２ １ 】２— ０ ２— ５
Ｐ ｏ ｒ ｓ ｎ ｖｅ ｏ ａ — ｒ ｅ Ｓ ｌ ｅ ｏｎ ｌ ｂ ｌ ｙ ｒ ｇ ｅ ｓａ ｄ Ｒｅ ｉｗ ｎ Ｌｅ ｄ—ｆ ｅ ｏ ｄ ｒ Ｊ ｉ ｔＲｅｉ ｉ ｔ ａ ｉ
锡铅 ｓ ｎ—Ｐ ｂ焊料 由 于具 有 优 良的物 理 、 学 力
号传输 以实现产品的功能， 并且提供一个可靠的工 作 环境 ， 产 品 能够 稳 定 地 工 作 … 。因 此 ， 使 电子 封
装在微 电子工 业 中 占据着 十分重 要 的地 位 。 焊 接技术 被广泛应 用 于电子 制造工 艺 中以形 成 互 连 。焊 接是指 以焊料 连 接 两基 材 的 工 艺过 程 ， 焊
和冶金性能以及较低的价格 ， 一直是电子封装业 中 使 用最普 遍 的焊 接材料 。对 于锡铅 焊料 的制造工 艺
以及焊点 可靠性 等 问题 ， 界 也 都具 有 长 期 丰富 的 业 经验 积累 。但是 ， 众所周 知 ， 是一 种对环 境和人体 铅
ｉ ｐ ｃａ ｉ ． ｈｅ ｓｅｔ，ｎ ｕ ｎ ｉ ｃ ｒ ｏ ｅｄ—ｆ ｅｓｌｅ ｏ ｔｒｌ ｂｌｙ ｔ ｉ ｅ ａｉｔ ｃ ａｋ ｇ ｇ Ｔ ｒｅａｐ ｃｓ ｉｆ ｅ ｃ ｇｆ ｔ ｓ ｎ ｌａ ｎ ｌ ｎ ａ ｏ ｒ ｏ ｒ ｉ ｅ ａｉｔ，ｙ ｃ ｒｌ ｂｌｙ ｅ ｄ ｊｎ ｉ ｉ ｐ ａ ｌ ｉ ｉ ｐｏｌ ｎ ａ ｆ ｅｓｌｅ ｉｔｅｉ ｉｔ ｅａ ａｉ ｒ ｅ ｂｒｔｄｅ ｐ ａ ｃｌ ｅ ｉ， ｒｅ ｔ ｒｂｅ ａｄｌ ｄ— ｒ ｄ ｒｏ ｌ ｂｌｙ ｖｌ ｔ ｎａ ｌ ｏａ ｍ ｈｔ ａ ｙ ｎｄｔ ｌｉ ｏｄ ｒｏ ｍｓ ｅ ｅ ｏ ｊ ｎ ｒ ａ ｉ ｕ ｏ ｅ ａ ｅ ｉ ｌｉ ａ ｎ ｄ ｍ ｎｔ ｔ ｉ ｕ ｓａｄｔ ｄ ｎ ｙｏ ａ ｆ ｅａ ｄｒｓａｃ ｎｓｌｅ ｉｔｅｉ ｉｔ． ｅ ｏ ｓａｅ ｓ ｅ ｎ ｎ ｅ ｃ ｎｌ ｄ— ｒ ｎ ｅｒｈｏ ｄｒ ｏｎ ｒｌ ｌｙ ｒ ｓ ｅ ｅ ｅ ｅ ｏ ｊ ａ ｉ ｂ Ｋｅ ｏ ｄ ： ｌ ｔ ｎｃｐｃ ａｉｇ Ｌ ａ ｒｅ Ｓ ｌｅ ｉｔｅｉ ｉｔ ｙｗ ｒ ｓ Ｅｅ ｒ ｉ ａｋｇ ；ｅｄ—ｆ ；ｏ ｒ ｏｎ ｒｌ ｂｌｙ ｃｏ ｎ ｅ ｄ ｊ ａ ｉ
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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）１１－０８１５－０４Ｒｅｃｅｎｔ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｌｅａｄ－Ｆｒｅｅ Ｓｏｌｄｅｒ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ＰａｃｋａｇｉｎｇＨＵＡＮＧ 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. 11No ve mbe r 2006815对无铅焊料都进行了大量的研究，无铅焊接技术也得到了长足的发展。
但无铅焊料相对于Ｓｎ－Ｐｂ焊料而言仍存在三大不可忽视的弱点。
２．１ 浸润性差焊接的浸润性不良主要表现为焊锡不扩展，焊锡的流动性差，焊锡没有布满整个焊盘而缺焊。
浸润性较差，带来以下几方面的不足：⑴容易产生接合不良；⑵为提高浸润性而对操作温度要更高；⑶为提高浸润性而使用高活性的助焊剂，会导致焊点可靠性降低。
２．２ 熔点高无铅焊料普遍比Ｓｎ－Ｐｂ焊料的熔点高出３０℃以上，由此会带来：对于耐热性较差的元器件容易造成热损伤；容易导致平面基板弯曲变形。
２．３ 金属溶解速度快金属溶解速度过快会导致以下几方面的问题。
⑴焊池中焊料由于溶铜、溶铅容易受到污染；⑵被焊的基体易溶入到焊料中（例如铜细丝的溶解断裂）；⑶焊接时金属间化合物生长过剩；⑷溶焊、回流焊的焊池材料因为金属溶解而被腐蚀，导致过早报废。
３ 推荐使用的几种无铅焊料日本及欧盟给出了目前在几种不同焊接工艺中可替代锡铅焊料的最佳无铅焊料，如表１所示。
３．１ Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ系ＮＥＭＩ推荐）。
有关无铅Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ合金焊料，在国内就有１４个、美国约２２个已授权的专利［１］。
３．１．１ Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ优点⑴由于合金中弥散分布有微细的Ａｇ３Ｓｎ和Ｃｕ６Ｓｎ５等金属间化合物强化相，因此可实现优良的机械性能和高温稳定性；⑵溶化温度区间（固相线和液相线的温度差）窄；⑶Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ焊料可以满足各种形状需要，包括焊条、焊丝、焊球等；⑷与镀Ｐｂ元器件兼容较好，由溶Ｐｂ引起的焊点剥离情况比其他无铅焊料少。
３．１．２ Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ缺点⑴熔点比Ｓｎ－Ｐｂ共晶合金高，这是制约这种无铅焊料推广应用的技术瓶颈；⑵浸润性比Ｓｎ－Ｐｂ焊料差。
对于双面基板的组装，需要采取措施提高通孔的浸润性，如控制波峰焊参数，采用氮气保护性气氛等都相当有效［２］；⑶熔点高，导致它与现在广泛使用的基板材料不相容，而且返修也不得不采用高温，这将大大增加基板损坏的可能性；⑷慢冷时焊接处容易形成孔洞，如图１所示。
候选１２３波峰焊Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ系Ｓｎ－Ｃｕ系Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ－Ｂｉ系回流焊Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ系Ｓｎ－Ａｇ－Ｂｉ－Ｉｎ系Ｓｎ－Ｚｎ（－Ｂｉ）系手工焊Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ系Ｓｎ－Ｃｕ系表１ 不同工艺中可替代Ｓｎ－Ｐｂ的无铅焊料在几个候选合金系统中，Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ系是新一代代表性焊料，并正在世界范围内推广使用。
这种合金具有优良的物理性能和高温稳定性，因此也成为各种无铅焊接工艺中的首选候补焊料。
以下为几种推荐使用的Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ焊料配比。
⑴ Ｓｎ９６．５Ａｇ３Ｃｕ０．５（日本，ＪＥＩＴＡ推荐）；⑵Ｓｎ９５．５Ａｇ３．８Ｃｕ０．７（欧盟，ＩＤＥＡＬＳ推荐）；⑶Ｓｎ９５．５Ａｇ３．９Ｃｕ０．６ （Ｓｎ９５．５Ａｇ４．０Ｃｕ０．５，美国，空洞的出现与焊料本身的强度关系不大，通过改善焊接工艺一般在焊态可以避免，随着服役过程的热力循环，空洞逐渐发生和发展。
有研究认为，空洞的形成与焊料与导线及焊料与基板的界面状态有关［３］。
３．２ Ｓｎ－Ｃｕ系Ｓｎ－Ｃｕ系焊料价格便宜，从经济角度来说是不可多得的熔焊用焊剂。
这种合金由于形成Ｃｕ６Ｓｎ５的微细弥散相而获得很高的初期强度，目前是波峰焊及手工焊中推荐使用的无铅焊料的第二替补。
但当图１ Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ合金焊料外引线焊点空洞现象半导体技术第３１卷第１１期２００６年１１月816温度超过１００℃，弥散相会变粗大。
因此，Ｓｎ－Ｃｕ焊料的热疲劳和可靠性等还有待证实。
目前这种焊料还不宜用于高可靠要求的组装场合。
为了改善其可靠性，可添加Ａｇ，Ａｕ，Ｎｉ等第３元素，使组织微细化、稳定化。
由于合金的熔点在２２７℃以下，钎焊条件与传统的Ｓｎ－Ｐｂ相比变化不大。
但由于存在基板的耐热性以及与镀Ｐｂ元器件的兼容性等问题，需要进一步改善。
３．２．１ Ｓｎ－Ｃｕ优点⑴材料价格便宜，Ｃｕ矿产资源丰富；⑵慢冷时焊接处表面的孔洞较少。
３．２．２ 缺点⑴熔融温度高。
Ｓｎ－Ｃｕ系焊料的熔融温度比Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ合金焊料要高出约１０℃；⑵浸润性较Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ焊料差，仅限于单面基板上的熔焊等应用；⑶耐高温性能较差；⑷和Ｃｕ基体结合的界面处不平整，容易形成克根达耳孔洞［４］；⑸与镀Ｐｂ元器件兼容性差（易出现热断裂）；⑹电镀Ｓｎ－Ｃｕ时，在某些基板上有可能出现晶须而在密集线路之间发生短路（如图２所示）。
的现象。
对焊料的最佳成分组成仍需要进一步研究，但在不降低浸润性的范围内Ｂｉ含量越低越好，以提高焊接的可靠性［５］。
３．３．１ Ｓｎ－Ｚｎ优点⑴Ｓｎ－Ｚｎ系焊料的熔点大致在１９８℃，与现在通用的Ｓｎ－Ｐｂ共晶焊料的熔点１８３℃很接近，两者的工艺设备可以共享；⑵溶化温度区间（固相线和液相线的温度差）窄；⑶原材料价格便宜，而且矿产资源丰富；⑷连接强度高。
３．３．２ Ｓｎ －Ｚｎ缺点⑴Ｚｎ较活泼，容易氧化腐蚀，必须在氮气等非活性气氛中进行回流焊；⑵浸润性极差，这是阻碍Ｓｎ－Ｚｎ合金焊料应用的主要原因之一（目前已有通过对Ｓｎ－Ｚｎ的合金化改性来改善其浸润性，并取得了一定效果［６－７］。
并已有实验证明，在乙醇－松香中加入少量ＳｎＣｌ２作为助焊剂可大大改善Ｓｎ－Ｚｎ对铜的浸润性［８］）；⑶Ｃｕ基体接合部位抗高温高湿强度较弱，原因是Ｓｎ－Ｚｎ焊料与Ｃｕ的结合界面形成很薄的Ｃｕ－Ｚｎ化合物层，在１５０℃时，界面反应快速进行，Ｃｕ－Ｚｎ化合物层容易受到侵蚀穿孔，Ｓｎ向Ｃｕ中扩散，在形成Ｓｎ－Ｃｕ化合物层的同时产生许多空洞［４］。
３．４ Ｓｎ－Ａｇ－Ｉｎ－Ｂｉ系目前研究的无铅焊料主要是Ｓｎ－Ａｇ系合金，由于其优良的高温稳定性和可操作性而被作为首选的替补焊料。
但是熔点过高始终是Ｓｎ－Ａｇ合金的一个致命弱点。
而在Ｓｎ中添加适量的Ｉｎ和Ｂｉ则可有效地降低合金熔点，并改善浸润性。
但由于Ｂｉ是半金属，又脆又硬，如果形成粗大的组织会使机械性能劣化。
焊点的连接强度会随Ｂｉ添加量的增加而降低［９］。
另外，添加过多的金属Ｂｉ会明显降低金属延伸率［１０］。
在Ｓｎ－Ａｇ系合金中添加Ｉｎ同样能使合金的熔点降低，而对机械性能影响较小。
合金强度随Ｉｎ添加量的增加而逐渐提高，而蠕变性则在Ｉｎ质量分数为３％时最好，过量或不足都会使该性能下降。
３．４．１ Ｓｎ－Ａｇ－Ｉｎ－Ｂｉ优点⑴Ｉｎ，Ｂｉ可以大幅降低焊料熔点（接近Ｓｎ－Ｐｂ焊料）；３．３ Ｓｎ－Ｚｎ（－Ｂｉ）系在几种常见的无铅焊料中，Ｓｎ－Ｚｎ共晶焊料的熔点与Ｓｎ－Ｐｂ焊料最为接近，因此目前对于Ｓｎ－Ｚｎ焊料的研究也较为广泛。