无铅电子焊接技术介绍.ppt

PCB龟裂、气泡、分层第30页,共40页，星期六，2024年，5月焊点机械强度无铅焊料硬度比有铅硬，因此强度高。但不等于高可靠。在应力低的地方，大多数民用、通信等领域，无铅焊点的机械强度比有铅的可靠性好；在应力高的地方，例如军事、高低温、低气压等恶劣环境下，由于无铅蠕变大，因此无铅比有铅的可靠性差。关于无铅焊点的可靠性（包括测试方法）还在最初的研究阶段。目前一般认为：民品达到三年寿命就可以了。第31页,共40页，星期六，2024年，5月无铅焊点的可靠性与含铅焊点一样或更好一些，这个说法正确吗？部分正确。在大部分研究中，无铅焊料的可靠性和含铅焊料一样或者更好。摩托罗拉公司在市场上投放了大约一百万部无铅蜂窝电话，有一些是四年前投放的，可靠性与使用含铅焊料的蜂窝电话一样，或者更好。然而，一些研究显示，在撞击、跌落测试中，用无铅焊料装配的结果比较差。非常长期的可靠性也较不确定。这方面的一个问题是，无铅焊料中铜的高溶解性会在铜焊料的界面上产生“空洞”。随着时间的推移，这些空洞有可能会削弱焊点的可靠性。与锡铅钎料相比，无铅钎料最大的不同是在再流焊和随后的热处理及热时效过程中金属间化合物会进一步长大，从而影响长期可靠性。第32页,共40页，星期六，2024年，5月CuCu3SnCu6Sn5Sn-Ag-CuSn-Ag-Cu与Cu焊接钎缝组织空洞第33页,共40页，星期六，2024年，5月四．关于过度时期无铅和有铅混用时可靠性讨论(a)无铅焊料与有铅焊端混用的问题无铅焊料中的Pb对长期可靠性的影响是一个课题，需要更进一步研究。初步的研究显示：焊点中Pb含量的不同对可靠性的影响是不同的，当含量在某一个中间范围时，影响最大，这是因为在最后凝固形成结晶时，在Sn枝界面处，有偏析金相形成，这些偏析金相在循环负载下开始形成裂纹并不断扩大。例如：2％~5％的Pb可以决定无铅焊料的疲劳寿命，但与Sn-Pb焊料相比，可靠性相差不大。第34页,共40页，星期六，2024年，5月有铅焊球与无铅焊料混用时“气孔多”有铅焊球与无铅焊料混用时，焊球上的有铅焊料先熔，覆盖焊盘与元件焊端，助焊剂排不出去，造成气孔。气孔183℃217℃第35页,共40页，星期六，2024年，5月(b)有铅焊料与无铅焊球混用的质量最差有铅焊料与无铅焊球混用时，如果采用有铅焊料的温度曲线，有铅焊料先熔，而无铅焊端（球）不能完全熔化，使元件一侧的界面不能生成金属间合金层，BGA、CSP一侧原来的结构被破坏而造成失效，因此有铅焊料与无铅焊端混用时质量最差。因此BGA、CSP无铅焊球是不能用到有铅工艺中的。183℃217℃解决措施：提高焊接温度到235℃左右第36页,共40页，星期六，2024年，5月在元件一侧的界面失效第37页,共40页，星期六，2024年，5月五．无铅焊接必须考虑相容性(材料、工艺、设计)（1）材料相容性焊料合金和助焊剂焊料和元器件焊料和PCB焊盘涂镀层（2）工艺相容性（再流焊、波峰焊和返修工艺）（3）设计相容性第38页,共40页，星期六，2024年，5月无铅焊接必须注意材料的兼容性从Sn-Ag-Cu焊料与Cu；Sn合金与Ni/Au（ENIG）；Sn系焊料与42号合金钢的界面反应和钎缝组织可看出：不同的焊料合金，甚至同一种焊料合金与不同的金属焊接时的界面反应和钎缝组织都不一样，它们的可靠性也不一样。由于电子元器件的品种非常多，当前正处于过渡时期，特别是元件焊端的镀层很复杂，可能会存在某些元件焊端与焊料的失配现象，造成可靠性问题。因此一定要仔细选择并管理元件。另外，选择焊料和PCB镀/涂材料同样十分重要。第39页,共40页，星期六，2024年，5月材料相容性举例通常同一块PCB要经过回流焊、波峰焊、返修等工艺。很可能形成不同的残留物，在潮湿环境和一定电压下，可能会与导电体之间发生电化学反应，引起表面绝缘电阻（SIR）的下降。如果有电迁移和枝状结晶生长的出现，将发生导线间的短路，造成电迁移（俗称“漏电”）的风险。为了保证电气可靠性，需要对不同免清洗助焊剂的性能进行评估，同一块PCB要尽量采用相同的助焊剂。助焊剂不相容可能影响电气可靠性第40页,共40页，星期六，2024年，5月*Thisshowsthedifférenceinsurfacefinishandcontactangles第2页,共40页，星期六，2024年，5月RoHS(RestrictionofHazardousSubstancesinElectricalandElectronicEq