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控制无铅焊料合金组成,减少无铅焊接"立碑"现象

发布时间:2022-03-30 发布时间:
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"立碑"现象苦恼表面贴装工业已有十年了。尽管随着材料、设计和工艺控制改善,特别是作为主要焊接技术的汽相回流技术的淡出,这种情况已经逐渐得到控制。但是随着像0402和0201封装的微型器件的出现,该问题正重新出现。最近,全球针对无铅焊接的研究增加了人们对"立碑"问题的关心,主要原因就是无铅焊料的表面张力相对增大。snagcu系列无铅焊料的"墓碑"行为,受焊料合金组成和性质的影响,如合金表面张力、合金相图和焊料润湿性等。以共晶snpb焊料作为基线,indium公司的实验研究探讨了影响"墓碑"的焊料的性质,评估出影响"立碑"问题的关键特性,并表明snagcu焊料的"立碑"现象可通过调整焊料组成得到控制。试验设置 实验材料和设备 焊接材料采用snagcu系合金焊料样品:98.3sno.96ag0.74cu、97.5 sn2.0ag0.5cu、96.7sn2.5ago.8cu、96.5sn3.oag0.5cu、95.5sn3.5agl.0cu、和95.5sn3.8ag0.7cu,同时以63sn37pb作为基线对比测试。 实验覆铜箔试验板尺寸:20cm×15.2cm。每个试验中,采用了工69个0402器件。为减少因印刷和定位带来的影响,采取了两队焊盘交替印刷焊膏的方法。 评估试验设备:manix汽相回流炉。snagcu试验采取沸点260℃的s0lay solexis hs-260汽相回流液,snpb焊膏采取的汽相回流液的3m fluorinert 70的沸点是245℃。每一个被测试焊膏的回流板数为8块,共使用了1352片器件。电子制造业,焊料熔化行为的变化已被应用到了减少"立碑"中去。该研究,采用了加热速率为5℃/min、采用氮气保护的seiko dsc5220测试仪。采用的焊料粉末为标准样品。 表面张力测试 经测定,焊膏"立碑"现象与各自焊料合金的表面张力有关。在该试验中,使用了multicore must系统来测量焊料合金的表面张力。试验样品为一块尺寸为2.5cm×o.4cm×0.062cm铝片,snpb锡锅温度为245℃,snagcu锡锅温度为260℃,样品浸入速度为0.5 cm/sec,高度为2.5cm。当铝片在某一高度开始浸入焊料中时,形成稳定的弯月面,作用力与被替代焊料体积成相应比例关系,这种作用力可表示为f=l+gha。 其中,l表示铝片的周长,表示表面张力,表示焊料密度,h表示浸入深度,a表示被替代焊料体积曲面面积。当浸入深度h=0时,作用力f=l,此时可测定表面张力大小。该试验测量出的63sn37pb表面张力为0.5l±0.0ln/m。试验结果 "立碑"测试结火对无铅焊料来讲(图3),95.5sn3.5aglcu的"立碑"率是最高的,且从3.5ag含量开始,随着ag含量升高而减少。63sn37pb缺陷率较95.5sn3.8ag0.7cu稍微降低。很有意思的是,我们发现回流温度对63sn37pb"立碑"率的影响可以忽略不计。很显然,当回流温度分别在215℃和260℃时,63sn37pb"立碑"率分别为2.00%和2.24%。回流焊中大吸热峰分裂与snpb焊料"立碑"频率减少有关,同样snagx焊料也是如此。平衡仪测量snagcu合金表面张力(图10)。在snagcu合金系之内,低的表面张力和高的"立碑"率有关(图11)。有趣的是,与9 5.5sn3.8ago.7cu比较,63sn37pb表现出来"立碑"率与低表面张力无关。

图13 纯in的dsc温度曲线。在基于对称近似情况下,在熔化之初,是对固态物质含量的测定。它表明了对固态物质估计值偏高,主要原因是采取了近视法。 在该研究中,汽相回流的使用加重了"立碑"程度。汽相回流样品相对"立碑"率及其机理可认与其它回流技术(如空气对流和传到方法)相同. 以上研究的合金成份主要针对ag的变化葬的。研究表明,在三元snagcu共晶组成中,"立碑"随着ag含量增加而减少,cu含量的影响可忽略不计 对snagcu焊料系来讲,高的ag含量不佰本高,而且更易导致ag3sn金属间化合物的形成。因为减少snagcu焊料的"立碑"率,采用低ag含量,2.5ag,的焊料,显然是更有意义的选择。 snagcu系合金焊料组成和性质影响"立碑"颈的发生。通过汽相焊接可以看出,在高于熔点的锡区间,润湿力和润湿时间与"立碑"行为之间没确系。既然"立碑"是由不平衡的润湿力造成的,么这种不平衡润湿力可在熔化之初产生。dsc研究表明,随着半熔融温度区间上升和熔化之初固态物质含量的增加,"立碑"率是减少的。这两种情况可在焊料熔化之初,具有较低的润湿速率这一结果中得到验证。这种较低润湿进而使产生更为平衡的润湿力,因此循了"立碑"。固态物质含量可成为更为重要的因素。表面张力也扮演着重要的角色,较低的表面张力与宅的"立碑"率有关。 snagcu的"立碑"问题可通过控制焊料组成薯决,95.5sn3.5aglcu组成焊料的"立碑"率最:随着ag含量的增加,"立碑"率减少,在较低ag量时,尤其明显。一种ag含量低于3.5%的snagcu焊料,如2.5ag,其组成对减少"立碑"率更有:同时也可最大限度减小产生ag3sn金属间化合物的风险


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