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无铅焊接知识:无铅焊接和焊点的区别

日期:2021-09-16 15:22:30 浏览量:399 标签: 无铅测试 焊接

如今,电子组装技术中,人们的环保意识越来越强,从环保、立法、市场竞争和产品可靠性等方面来看,无铅化势在必行。然而目前无铅化从理论到应用都还不成熟,还没有形成相对统一的规范标准。

无铅工艺对元器件的挑战首先是耐高温。要考虑高温对元器件封装的影响。由于传统表面贴装元器件的封装材料只要能够耐240℃高温就能满足有铅焊料的焊接温度了,而无铅焊接时,对于复杂的产品焊接温度高达260℃,因此元器件封装能否耐高温是必须考虑的问题。

另外还要考虑高温对器件内部连接的影响。IC的内部连接方法有金丝球焊、超声压焊,还有倒装焊等方法,特别是BGA、CSP和组合式复合元器件、模块等等新型的元器件,例如倒装BGA、CSP内部封装芯片凸点用的焊膏就是Sn-3.5Ag焊接,熔点221℃,如果这样的器件用于无铅焊接,那么器件内部的焊点与表面组装的焊点几乎同时再熔化、凝固一次,这对于器件的可靠性是非常有害的。因此无铅元器件的内部连接材料也要符合无铅焊接的要求。

无铅焊接知识:无铅焊接和焊点的区别

有铅元器件的焊端绝大多数是Sn/Pb镀层,而无铅元器件焊端表面镀层的种类很多。无铅工艺对助焊剂的要求,首先由于焊剂与合金表面之间有化学反应,因此不同合金成分要选择不同的助焊剂。无铅焊剂必须专门配制。随着无铅进程的深入,由于焊料厂商的努力,无铅焊膏质量有了很大改善。目前的无铅焊点从外观上看已经比前几年有了改善。

无铅焊接可靠性问题是制造商和用户都十分关心的问题。尤其是当前正处在从有铅向无铅焊接过渡的特殊阶段,无铅材料、印刷板、元器件等方面都没有标准,甚至在可靠性的测试方法也没有标准的情况下,可靠性是非常令人担忧的。现阶段的无铅工艺,特别是在国内还处于比较混乱的阶段。由于有铅和无铅混用时,特别是当无铅焊端的元器件采用有铅焊料和有铅工艺时,会发生严重的可靠性问题,这些问题不仅是当前过渡阶段无铅焊接要注意,而且对于过渡阶段的有铅焊接也是要特别注意的问题。

无铅焊料的实现要求:

1、无铅焊料的熔点要低,尽可能地接近63/37锡铅合金的共晶温度183℃,应尽量把无铅焊料的熔融间隔温差降下来,即尽量减小其固相线与液相线之间的温度区间。

2、无铅焊料要有良好的润湿性;要保证在以上时间范围内焊料能表现出良好的润湿性能,以保证优质的焊接效果;

3、焊接后的导电及导热率都要与63/37锡铅合金焊料相接近;

4、焊点的抗拉强度、韧性、延展性及抗蠕变性能都要与锡铅合金的性能相差不多;

5、成本尽可能的降低;目前,能控制在锡铅合金的1.5~2倍,是比较理想的价位。

因为铅是比较软的,容易变形,因此无铅焊点的硬度比Sn/Pb高,无铅焊点的强度也比Sn/Pb高,无铅焊点的变形比Sn/Pb焊点小,但是这些并不等于无铅的可靠性好。由于无铅焊料的润湿性差,因此空洞、移位、立碑等焊接缺陷比较多,另外由于熔点高,如果助焊剂的活化温度不能配合高熔点,由于助焊剂浸润区的温度高、时间长,会使焊接面在高温下重新氧化而不能发生浸润和扩散,不能形成良好的界面合金层,其结果导致焊点界面结合强度(抗拉强度)差而降低可靠性。

无铅焊接和焊点的主要特点

(1) 无铅焊接的主要特点

(A)高温、熔点比传统有铅共晶焊料高34℃左右。

(B)表面张力大、润湿性差。

(C)工艺窗口小,质量控制难度大。

(2) 无铅焊点的特点

(A)浸润性差,扩展性差。

(B)无铅焊点外观粗糙。传统的检验标准与AOI需要升级。

(C)无铅焊点中气孔较多,尤其有铅焊端与无铅焊料混用时,焊端(球)上的有铅焊料先熔,覆盖焊盘,助焊剂排不出去,造成气孔。但气孔不影响机械强度。

(D)缺陷多-由于浸润性差,使自定位效应减弱。

无铅焊点外观粗糙、气孔多、润湿角大、没有半月形,由于无铅焊点外观与有铅焊点有较明显的不同,如果有原来有铅的检验标准衡量,甚至可以认为是不合格的,随着无铅技术的深入和发展,由于助焊剂的改进以及工艺的进步,无铅焊点的粗糙外观已经有了一些改观。

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