無(wú)鉛焊接*新技術(shù)

1 引言一直以來(lái)，鉛錫合金作為電子工業(yè)的主要封接材料，在電子部件裝配上占主導(dǎo)地位。然而鉛及鉛化合物屬劇毒物質(zhì)，對(duì)人體及牲畜具有極大的毒性。尤其是近年來(lái)隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和對(duì)于自身健康的關(guān)注，鉛污染越來(lái)越受到人們的重視。

2003年7月13日，歐盟正式頒布WEEE/RoHS 法令，并明確要求其所有成員國(guó)必須在2004年8月13日以前將此指導(dǎo)法令納入其法律條文中。該法令嚴(yán)格要求在電子信息產(chǎn)品中不得含有鉛、汞、鎘（cadmium）、六價(jià)鉻（hexavalent chromium），多溴聯(lián)苯（polybroominated biphenyls PBB）及多溴二苯醚（polybrominated diphenyls ethers PBDE）。

嚴(yán)格的禁鉛條例使電子封裝產(chǎn)業(yè)對(duì)無(wú)鉛焊接提出了更高的要求，已經(jīng)成熟的錫鉛焊料必須被性能相近或更高的無(wú)鉛焊料所替代。但在工藝方法上，無(wú)鉛焊料還存在很多缺點(diǎn)和不足，急需解決。

目前，國(guó)內(nèi)三星貼片機(jī)關(guān)于無(wú)鉛焊料和無(wú)鉛釬料的**共有69條，從中可以看出我國(guó)自己的**申請(qǐng)速度在不斷加快。多數(shù)**是在主要元素基礎(chǔ)上，通過(guò)添加微量元素來(lái)改善焊料的性能，但有的**由于組元太多，在生產(chǎn)中會(huì)產(chǎn)生困難。同時(shí)，盡管現(xiàn)在有很多**，但是這些**范圍的成分還沒(méi)有達(dá)到*佳性能，不能滿(mǎn)足所有要求。

2 無(wú)鉛焊料的三大弱點(diǎn)

自歐盟頒布WEEE/RoHS法令以來(lái)，世界各國(guó)對(duì)無(wú)鉛焊料都進(jìn)行了大量的研究，無(wú)鉛焊接技術(shù)也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。但無(wú)鉛焊料相對(duì)于Sn-Pb焊料而言仍存在三大不可忽視的弱點(diǎn)。

2.1 浸潤(rùn)性差

焊接的浸潤(rùn)性**主要表現(xiàn)為焊錫不擴(kuò)展，焊錫的流動(dòng)性差，焊錫沒(méi)有布滿(mǎn)整個(gè)焊盤(pán)而缺焊。浸潤(rùn)性較差，帶來(lái)以下幾方面的不足：

⑴容易產(chǎn)生接合**;

⑵為提高浸潤(rùn)性而對(duì)操作溫度要更高;

⑶為提高浸潤(rùn)性而使用高活性的助焊劑，會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)可靠性降低。

2.2 熔點(diǎn)高無(wú)鉛焊接*新技術(shù)

無(wú)鉛焊料普遍比Sn-Pb焊料的熔點(diǎn)高出30℃以上，由此會(huì)帶來(lái)：三星貼片機(jī)對(duì)于耐熱性較差的元器件容易造成熱損傷;容易導(dǎo)致平面基板彎曲變形。

2.3 金屬溶解速度快

金屬溶解速度過(guò)快會(huì)導(dǎo)致以下幾方面的問(wèn)題。

⑴焊池中焊料由于溶銅、溶鉛容易受到污染;

⑵被焊的基體易溶入到焊料中（例如銅細(xì)絲的溶解斷裂）;

⑶焊接時(shí)金屬間化合物生長(zhǎng)過(guò)剩;

⑷溶焊、回流焊的焊池材料因?yàn)榻饘偃芙舛桓g，導(dǎo)致過(guò)早報(bào)廢。

3 推薦使用的幾種無(wú)鉛焊料

日本及歐盟給出了目前在幾種不同焊接工藝中可替代錫鉛焊料的*佳無(wú)鉛焊料，如表1所示。

3.1 Sn-Ag-Cu系無(wú)鉛焊接*新技術(shù)

在幾個(gè)候選合金系統(tǒng)中，Sn-Ag-Cu系是新一代代表性焊料，并正在世界范圍內(nèi)推廣使用。這種合金具有優(yōu)良的物理性能和高溫穩(wěn)定性，因此也成為各種無(wú)鉛焊接工藝中的**候補(bǔ)焊料。以下為幾種推薦使用的Sn-Ag-Cu焊料配比。⑴ Sn96.5Ag3Cu0.5（日本，JEITA推薦）;

⑵Sn95.5Ag3.8 Cu0.7（歐盟，IDEALS推薦）;

⑶Sn95.5Ag3.9 Cu0.6 （Sn95.5Ag4.0Cu0.5 ，美國(guó)，

NEMI推薦）。有關(guān)無(wú)鉛Sn-Ag-Cu合金焊料，在國(guó)內(nèi)就有14 個(gè)、美國(guó)約22個(gè)已授權(quán)的**［1］。

3.1.1 Sn-Ag-Cu優(yōu)點(diǎn)

⑴由于合金中彌散分布有微細(xì)的Ag 3Sn和Cu6Sn5等金屬間化合物強(qiáng)化相，因此可實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的機(jī)械性能和高溫穩(wěn)定性;

⑵溶化溫度區(qū)間（固相線和液相線的溫度差）窄;

⑶Sn-Ag-Cu焊料可以滿(mǎn)足各種形狀需要，包括焊條、焊絲、焊球等;

⑷與鍍Pb元器件兼容較好，由溶Pb引起的焊點(diǎn)剝離情況比其他無(wú)鉛焊料少。

3.1.2 Sn-Ag-Cu缺點(diǎn)

⑴熔點(diǎn)比Sn-Pb共晶合金高，這是制約這種無(wú)鉛焊料推廣應(yīng)用的技術(shù)瓶頸;

⑵浸潤(rùn)性比Sn-Pb焊料差。對(duì)于雙面基板的組裝，需要采取措施提高通孔的浸潤(rùn)性，如控制波峰焊參數(shù)，采用氮?dú)獗Ｗo(hù)性氣氛等都相當(dāng)有效 ［2］;