无铅焊料研究报告.ppt

1 引言 随着电子封装材料和技术的更新换代，人们在追求产品的高性能同时，更注重它的无 毒、绿色、环境友好等特点。于是出现了很多相关提议和法规，要求限制和禁止电子行 业中使用某些损害环境和健康的材料。这些材料包括铅、含卤阻燃剂、氟利昂等等。在市 场、环保、法律等因素的约束和推动下，国内外的各种组织、科研机构和公司对电子封装 绿色材料的研究与开发日益活跃。 2国内外研究现状2 .1无铅焊料 传统锡铅焊料虽然有很多优点，但是铅溶入地下水后，会对人类和环境有极大的毒害； 而且它还存在剪切强度低、抗蠕变和热疲劳性能差等不足，无法满足环保和高可靠性的需 求。 传统铅锡焊料合金中含铅高达37wt％以上，是电子产品铅污染的主要来源之一。因此，人们提出电子产品铅含量不得超过0.1wt％这一标准，希望以此减少电子产品废弃物带来的铅污染。 世界各国政府和机构组织纷纷采取各种措施，拟定相关法案法规，逐渐禁止铅在电子工业中的使用。美国国家生产科学研究中心在2004年提出全部废除含铅焊料。欧共体的IDEALS提出2000年实现实用化的无铅焊料实装工艺。日本则提出在2003年对新产品全部采用无铅焊料实装工艺。我国已将在2006年7月1日以后逐步禁用有铅焊料。正在飞速发展的电子行业是使用锡铅焊料的大用户，因此研制无铅焊料的前景很好。 2.2 国内外无铅化专利情况 2.2 国内外无铅化专利情况 2.3无铅焊料要求 ①?毒性弱、对环境影响要小。 ②熔点应同Sn-Pb体系焊锡的熔点（183℃）接近，不应超过200℃。 ③成本要低，导电性好。 ④机械强度和耐热疲劳性要与Sn-Pb体系焊锡大体上相同。 ⑤焊锡的保存稳定性要好。 ⑥能利用设备和现行工艺条件进行安装。 ⑦能确保有良好的润湿性和安装后的机械可靠性 ⑧焊接后对各种焊接点检修容易和应有良好的电的可靠性。 2.4种类 Sn-Ag、Sn-Zn、Sn-Bi、Sn-In、Sn-Cu等 2.5 焊料特性 Sn-Ag系 Sn-Ag系焊料作为高熔点焊料已被实用化了。Sn-Ag系合金具有良好的金属特性，其力学性能、可焊性、热疲劳可靠性良好；此外，由于Ag的抗氧化性能好，从而使用Sn-Ag系焊料无须气体保护，它被认为是有力的替代焊料之一。 Sn-Ag系无铅焊料合金目前存在的最大问题是，如用于替代Sn-Pb共晶焊料，熔点偏高。如Sn-3.5Ag共晶的熔点是221oC，为降低熔点，通常是添加微量的Bi，In，Cu和Zn等元素。但总体上看，Sn-Ag系无铅焊料合金具有热疲劳性能优良、结合强度高、熔融温度范围小、蠕变特性好、熔点比较高、价格高等特点。 2.5 焊料特性 Sn-Ag系 Sn-Ag是数μm以下微细Ag3Sn化合物分散在Sn矩阵中的分数强化合金。这种微细的Ag3Sn化合物很稳定，即使在高温下也不容易粗大化，所以该合金具有良好的耐热疲劳性和很高强度，其强度是Sn-Pb共晶焊料的2倍，在要求接合部长期可靠性的机器中使用最合适。合金的蠕变性也很好，可加工成线料，即使采用现有的助焊剂也可得到较好的焊接性。 2.5 焊料特性 Sn-Bi系 Sn-Bi系 熔点低，对于那些耐热性差的电子元器件焊接有利，保存稳定性好，可使用与Sn-Pb焊锡大体相同的助焊剂在大气中焊接，润湿性良好。不足之处在于随着Bi的加入量增大，使焊锡变得硬、脆，加工性能大幅度下降，焊接可靠性变坏。因此，必须控制加入量在适当范围内。在存在来自热空气焊剂涂匀(HASL) 线路板或元器件含铅的情况下，铋可以大大降低抗热循环疲劳特性，这是由于Sn16Pb32Bi52 (MP=95oC) 的形成，它可以沿晶界扩散。在Sn-Bi系无铅焊料的研究中，通常是以Sn-58Bi共晶焊料为基本，适量的添加Ag，Cu等元素组成的替代Sn-Pb共晶的Sn-Bi系无铅焊料。常用的Sn-Bi系无铅焊料合金有：Sn-5Bi-lAg熔点是198～205oC、Sn-7.5Bi-2Ag-0.5Cu熔点187～221oC等。 2.5 焊料特性 Sn-Bi系 Sn-Bi系焊料合金的场变性和拉伸强度明显的高于Sn-Pb共晶焊料。主要是Bi元素的结晶构造是菱面体晶格，延展性不好。但是该焊料合金的固液相共存的区域大，焊接时容易出现凝固偏析，使耐热性劣化。在工艺上应采用快速冷却以减小偏析。 2.5 焊料特性 Sn-Zn系 熔点与传统的Sn-Pb焊料的共晶点183 oC非常接近，因此原来的工艺设备可以很好地得到共享，其开发价值非常显著。添加适量的Bi、In