無鉛電子裝配的材料及工藝考慮

時間：2023-05-01 11:27:31 電子通信論文我要投稿

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無鉛電子裝配的材料及工藝考慮

Material and Techniques for Lead-Free Electronic Assembly

J．Reachen

伴隨歐洲電子電氣設(shè)備指導(dǎo)法令(WEEE Directive)宣布到2006年部分含鉛電子設(shè)備的生產(chǎn)和進(jìn)口在歐盟將屬非法，以及國外同業(yè)競爭者在全球不斷推廣無鉛電子裝配，相伴而生的對各種合金混合物的完好性和可靠性等問題的考慮越來越受到重視。簡言之，到底選用哪種合金，這一問題變得越來越緊要。本文將對Sn/Ag、Sn/Ag/Cu和Sn/Cu等三種合金做深入考察，并對其可靠性試驗結(jié)果與工藝上的考慮進(jìn)行比較。

Sn/Ag合金

Sn/Ag3.5-4.0合金在混合電路與電子組裝工業(yè)的使用時間較長。正因如此，部分業(yè)者對使用Sn/Ag作為一種無鉛替代合金感覺得心應(yīng)手。但不巧的是這種合金存在幾方面的問題。首先這種合金的熔融溫度(221度)和峰值回流溫度(2400-260度)對于許多表面安裝部件和過程來說顯得偏高。此外，這種合金還含有3.5-4%的銀，對某些應(yīng)用構(gòu)成成本制約。而最主要的問題是這種合金會產(chǎn)生銀相變問題從而造成可靠性試驗失效。

我們注意到，在進(jìn)行疲勞試驗(結(jié)果如表1)時，Sn96/Ag4在其中一種循環(huán)設(shè)置上產(chǎn)生了失效。對此問題作進(jìn)一步研究得出的結(jié)論是：失效起因于相變。相變的產(chǎn)生是因合金的不同區(qū)有著不同的冷卻速率而致。

為對此問題進(jìn)行深入研究，用一根Sn96/Ag4焊條，從底部對其進(jìn)行回流加熱及強制冷卻，以便對其暴露在不同冷卻速率下的合金的微結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察。Sn96/Ag4合金按冷卻速率的不同產(chǎn)生三種不同的相。由此考慮同樣的脆性結(jié)構(gòu)會存在于焊接互連中，從而造成焊區(qū)失效。正是由于這種原因，大多數(shù)OEM及工業(yè)財團(tuán)反對把Sn/Ag作為主流無鉛合金來用。銀相變問題的存在也對高銀Sn/Ag/Cu合金提出了質(zhì)問。

Sn/Ag/Cu合金

盡管涉及專利保護(hù)方面的問題，世界大部分地區(qū)還是傾向選用Sn/Ag/Cu合金。但到底選擇什么樣的合金配方？本文將重點討論兩種Sn/Ag/Cu合金：受各種工業(yè)財團(tuán)推崇的Sn/Ag/Cu0.5合金和相應(yīng)的用作低銀含量合金的Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5。

兩種Sn/Ag/Cu合金的比較

在討論兩種合金體系的可靠性試驗結(jié)果之前，先憑經(jīng)驗對兩種合金作一比較是有益的。大體上看兩種合金很相似：兩者都具有極好的抗疲勞特性、良好的整體焊點連接強度以及充足的基礎(chǔ)材料供應(yīng)。但兩者之間確也存在一些細(xì)微的差異值得討論。

熔點

兩合金的熔點極為相似：Sn/Ag4/Cu0.5熔點為218度，Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5熔點為217度。業(yè)界對這種差異是否構(gòu)成對實際應(yīng)用的影響存在爭議。但如能對回流過程嚴(yán)格控制，熔點溫度變低會因減少元件耐受高溫的時間而帶來益處。

潤濕

兩種合金比較，自然地會對選擇高銀含量合金的做法抱有疑問，因為銀含量變高會增加產(chǎn)品成本。有臆測認(rèn)為高銀合金有助于改進(jìn)潤濕。但潤濕試驗結(jié)果

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