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无铅焊料钎料成分

无铅焊料钎料成分
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无铅焊的发展现状和发展趋势

无铅焊技术的发展现状和发展趋势 摘要 在焊接技术的发展过程中,锡铅合金一直是最优质的、廉价的焊接材料,无论是焊接质量还是焊后的可靠性都能够达到使用要求;但是,随着人类环保意识的加强,“铅”及其化合物对人体的危害及对环境的污染,越来越被人类所重视。随着无铅焊接的逐步应用(这是大势所趋),越来越多的用户开始寻找合适的焊接工具与密管脚芯片返修设备。2006年7月起,进入欧盟市场的电子电气产品将禁用的有害物质包括:镉、六价铬、铅、汞、PBB(多溴联苯)和PBDE (多溴二苯醚)。我国也已制定了相应的法律法规,最后期限也是2006年7月。本文对无铅焊接技术做了主要的介绍。 关键词:焊料趋势工艺窗口设备 Abstract In the process of the development of solder alloys,tin lead has been the most high-quality,low-cost, whether the quality of welding welding materials or reliability of welding is used to achieve requirements,But,as the environmental protection consciousness, strengthen human "and" lead compounds for the harm to human body and pollution to the environment, more and more attention by humans. With the application of lead-free soldering gradually (this is inevitable), more and more users start looking for the right tools and pipe welding equipment repair feet chips. 2006 July,into the eu market electric products will disable the harmful material include: hexavalent chromium, cadmium, lead,mercury,PBB (br) and PBDE (more spin bromine diphenyl ether). China has formulated relevant laws and regulations, the deadline is July 2006. In order to make everyone to lead-free soldering have more understanding of lead-free soldering, this paper mainly introduces the doing.

关于焊接方法中无铅锡问题与对策

关于焊接方法中无铅锡问题与对策 随着产品小型化,高密度实装基板、微细间距部品、多层基板开发的急速发展,伴随着锡丝的无铅化、锡焊接自身就变得更困难了,因此必须重新研究焊接方法。 在SMT再流焊的附加焊接工程及局部焊接的领域,微细化程度 高且多种多样的手工焊与机器人的无铅锡焊接技术的确立也成了当务之急。 1 研究目的 关于无铅锡焊接,我们想就焊接机器人与手工焊的锡焊接方法中面临的问题、具体分析其原因、从对现场有帮助务实的观点出发介绍无铅锡焊接的对策:①锡丝飞溅对策;②漏焊、短接等的对策;③ 烙铁头氧化及助焊剂碳化的防止;④烙铁头寿命的延长;⑤对产品的热影响。 实验中使用的共晶锡丝为 UXE-51《Sn-Ag3-Cu0.5》。 UXE-21《Sn60-Pb40》、无铅锡丝为 2 研究内容 2 .1 焊接温度的上升与锡球、助焊剂的飞溅 往高温的烙铁头上供给含助焊剂的锡丝(以后简称:锡丝),则锡丝中的助焊剂会因受热膨胀而破裂。这造成锡丝飞溅的原因之一。众所周知,跟以前的共晶锡丝相比,无铅锡丝的溶点高。然而,锡丝中所含有的助焊剂会因为温度的升高而导致其活性降低的问题尚未受到重视。可以认为如果按无铅锡丝的溶点来提高烙铁头温度,助焊剂的活性反而会降低而失去作业性。(注:开发用于焊接机器人的含助焊剂的锡丝即使在高温下也不会失去活性力,比用于手工焊的锡丝在

一定程度更具有耐热性。) 通常,烙铁头温度多被设定在 320?340C上下,比锡丝的溶点高150C 左右。此时,锡丝的温度若与室温一致视为25C,那么两者的 温度差则为300C以上。如果烙铁头温度设定为400C,温度差就变得更大,对锡丝的热冲击也就更大。我们做了以下实验,把烙铁头温度分别设定为320C和400C,往烙铁头上送同量的锡丝,观察锡球、助焊剂等飞溅程度。其结果如图1、图2所示。经观察,烙铁头温度设定为400C,飞溅很明显地增加。由此可知,高温时的热冲击是造成助焊剂及锡球飞溅的原因之一。 锡丝送入V形槽的方法,但是在使用无铅锡丝时锡丝会迅速硬化,所 以不能称之为万全。因此,下面我们介绍通过加热锡丝从而减轻热冲击的预热方法。图3为本公司的焊接机器人烙铁部中,通过加热器- 边加热一边送锡的照片。 阳、e蜒壮林上皆最曲倩什科熾耳 如图所示,在对锡丝进行预热的情况下,我们做了相同的飞溅实验。结果,与没有对锡丝进行预热时相比,具有很明显的差别。 比较图1与图4、图2与图5,可发现锡球、助焊剂的飞溅大量减少了。由此可知,对锡丝进行预热后的飞溅量比没有预热时明显减少。 那么,应该如何去缓和此热冲击呢?为了防止锡丝的飞溅,虽然有把 带境..;<?i^ii 玛〕;'? i ptfr* 1 q

无铅焊料的疲劳特性

无铅焊料的疲劳特性 Document number:PBGCG-0857-BTDO-0089-PTT1998

无铅焊料的疲劳特性 焊料的等温疲劳试验 各类电子产品是在温度不断地变化状态下使用的,由lC 封装、印制基板、各种各样元件工作时的热涨差所引起的变动位移,其应力通常都会作用于最薄弱环节― 焊料接合部,造成热疲劳损伤。因此,进行高可靠的焊料接合部设计,首先要理解无铅焊料的等温疲劳特性。 焊料接合部的结构在硅芯片和陶瓷基板等刚性比较高的场合,例BGA ( ball grid array 等)焊球的应力松驰速度快,给接合部的最大应变是高温时的保持时间及应变控制的往返变形负荷。对QFP、PLCC等使用场合,焊料的应力松驰速度比前者慢,到达高温时是暂时性的间断变形,属应变控制与荷载控制混合形态下的往返变形负荷,然而,不管哪一种场合,应变控制的疲劳是主要的,在实验室进行上述疲劳试验时,应变控制方式是可实现的。 试件经受的负荷样式,BGA类主要是剪切应变负荷,QFP、SOP类不仅是剪切应变、是与拉伸压缩棍在一起的复合模式。在多轴应力/应变条件下,一般采用VonMises 等效应力和等效应变。对于单轴拉伸模式的等价应力/应变,可利用有限单元法等的模拟方式求得接合部疲劳破坏等效应变,用拉伸压缩模式由焊料的疲劳试验结果,来推算其疲劳寿命。

由于焊料接合部存在脆性金属化合物状的接合界面,需通过重迭接合评价反映接合界面的影响,S 焊料的拉伸疲劳试验结果和Cu 铜接合体的剪切疲劳试验结果比较由图表示(组成单位mass%、下同)图上纵坐标根据下式求得VonMises 等效应变,横坐标为疲劳寿命。由图看到,拉伸模式的疲劳试验结果与剪切模式疲劳试验结果差不多在同一条直线上,这意味着,采用VonMises 的等效应变方式,可对焊料拉伸模式疲劳结果和接合体剪切疲劳结果进行直接比较。下面说明的是利用应变控制方式对Sn-Ag 系无铅焊料铜接合体的等温疲劳试验结果。 Sn-Ag 系无铅焊料的疲劳寿命范围影响。

无铅焊料的研究进展

无铅焊料的研究进展 姓名:张明康 学号:201130410367 学院: 材料科学与工程 专业:金属材料科学与工程

摘要 随着电子工业的飞速发展和人们环保意识的提高,电子封装行业对无铅焊料提出了更高的要求,本文综述了无铅焊料的研究现状,存在的问题,并重点阐述稀土元素对无铅焊料性能的影响。 关键词:无铅焊料,电子封装,稀土 ABSTRACT With the rapid development of electronic industry and the improvement of environmental awareness, electronic packaging industry, puts forward higher requirements on lead-free solder, lead-free solder was reviewed in this paper the research status, existing problems, and focus on the effect of rare earth elements on the properties of lead-free solder. Key words: Lead-free solder, electronic packaging, rare earth 1 前言 长期以来,铅锡焊料由于具有较低的熔点、良好的性价比以及已获得性,成为低温含量中最主要的焊料系列。但是由于所含铅的比例较高,给环境带来了严重的污染,近年来随着人们环保意思的增强和对健康的关注,铅的污染越来越受到人们的重视。欧盟RoHS及WEEE法令的颁布,严格要求在电子信息产品中不得含有铅等有毒元素。严格的禁铅条例使电子封装产业对无铅含量提出了更高的要求,已经成熟的锡铅焊料必须被性能相近或更高的无铅焊料所替代。世界各国都在对无铅焊料进行了大量的研究,无铅焊接技术也得到了较大的发展,但仍存在着许多问题。 2 无铅焊料的研究现状

电子产品中的无铅焊料及其应用与发展

- 5 - 电子产品中的无铅焊料及其应用与发展 苏佳佳1,2,文建国2 (1.广东工程职业技术学院,广州 510520;2.广东工业大学,广州 510006) 摘 要:由于传统焊接技术使用的Sn-Pb 焊料中的铅会对环境造成污染而被禁止使用,近年来无铅焊料成为了研究热点。文中介绍了运用于电子产品中的无铅焊料的发展背景、特点及要求。根据应用温度不同,无铅焊料可以分为低温、中温和高温无铅焊料。文章综述了它们各自的应用特点、场合及存在的问题和发展前景。 关键词:无铅焊料;锡银合金;锡锌合金;锡铋合金 中图分类号:TN305.94 文献标识码:A 文章编号:1681-1070(2007)08-0005-04 Application Feature and Development of Lead-Free Solders Used in Electronical Product SU Jia-jia 1,2 , WEN Jian-guo 2 (1. Guangdong Polytechnic College , Guangzhou 510520, China ;2. Guangdong University of technology , Guangzhou 510006, China ) Abstract: Due to the destroyed to environment, the solders of Sn-Pb which have been used in traditional welding technology are forbidden. And the lead-free solders have been extensively research in these years. In this paper, the developing-background, feature and requirement of lead-free solders which used in electronic product were introduced. According to the application temperature, the solders have three types, which are low-temperature, mid-temperature and high-temperature. And their application features, fields and existing problems were presented respectively. The development of lead-free solders was also described.Key words: lead-free solder; S n-Ag; Sn-Zn; Sn-Bi 收稿日期:2007-05-11 1 引言 焊料从发明到使用,已有几千年的历史。Sn-Pb 焊料以其优异的性能和低廉的成本,得到了广泛的使用。但是,铅及其化合物属于有毒物质,长期使用会给人类生活环境和安全带来危害。因此,限制铅使用的呼声越来越高,各个国家已积极通过立法来减少和禁止铅等有害元素的使用。20世纪90年代初,美国国会提出了关于铅的使用限制法案(HR2479-Lead Based Paint Hazard Abatement Trust Fund Act ,S-1347-Lead Abate-ment Trust Fund Act ,S-729-lead Exposure Reduction Act ),并由NCMS (the National Center for Manu facturing Sciences )Lead Free Solder Project 等进行无铅焊料的研究开发活动。目前,研究替代Sn-Pb 焊料的无铅焊料主要集中在Sn-Ag 、Sn-Bi 、Sn-Zn 几种合金焊料上[1]。 2 无铅焊料的特点 理想的无铅焊料最好与原来的Sn-Pb 共晶焊料有相同或相近的性能,比如具备低熔点,能像纯金属那样在单一温度下熔融、凝固,具有与Sn-Pb 相同的熔融温度范围、良好的接合性能和浸润性等。对于

波峰焊无铅钎料的抗氧化研究进展

第23卷第1期2010年2月 常州工学院学报 Journa l o f Chang zhou I nstitute o f Techno l o g y V o.l 23 No .1 Feb .2010 收稿日期:2010 02 09 作者简介:栗慧(1980 ),女,讲师。 波峰焊无铅钎料的抗氧化研究进展 栗 慧 (常州工学院机电工程学院,江苏常州213002) 摘要:电子封装波峰焊从有铅到无铅的转换过程中,由于无铅钎料中锡含量比传统Sn 37Pb 钎料高,导致波峰焊过程中氧化渣的产生量很大,不仅造成浪费,还影响焊接质量。控制氧化是当前无铅波峰焊技术必须要解决的一个重要问题。论文概述了国内外波峰焊无铅钎料抗氧化的发展现 状及所取得的研究成果,并展望了前景。 关键词:无铅;钎料;抗氧化性;波峰焊中图分类号:TG425 文献标识码:B 文章编号:1671-0436(2010)01-0020-04 A Study on the Oxi dati on R esistance of L ead free Sol der U sed i n W ave Sol deri ng LI Hui (Schoo l of M ech an i ca l &E l ect rical Eng i neeri ng,Ch angzhou Instit u t e o f T echno l ogy ,C hangzhou 213002) Abstract :Now aday s i n the e l e ctron ic asse m b ly pr o ce ss ,w ave so ldering is changed from lead con ta i n ed to l e ad free .W h ile the m o re ti n content i n the l e ad free so lder w ill lead to m o re dro ss duri n g so ldering pr o cess .Too m uch dro ss w ill no t only w a ste the so l d er a ll o y ,but a lso affect the so lderi n g qua lity .Therefo re ,a key pr ob le m fo r l e ad free w ave so l d ering is to contro l t h e ox ida ti o n o f the so l d er .The re searc h and dev elopm en t progra m s on the ox ida ti o n resistance o f lead free so lder used i n W av e So l d eri n g around t h e w orld are briefl y intr oduced ,and the future pr o spects o f applicati o n o f the o x i d a tion resistance of lead free so l d er are presented,too . Key words :lead free ;so l d er ;anti ox ida ti o n;w ave so l d eri n g 0 前言 近年来,鉴于环保和健康的需要,无铅钎料的研究在全球范围内开始发展起来。无铅波峰焊接 转换过程中,一般选用Sn Zn 、Sn Cu 、Sn A g C u 等无铅焊锡条。人们已大量研究了这些无铅钎料的组织性能、界面金属间化合物生长和润湿性能。早 在20世纪80年代开始,就有学者[1] 开始注意到当锡铅钎料在液体状态和高温时氧化十分迅速,尤其是在波峰炉中,会很快形成新的锡渣氧化物,锡渣 的堆积会影响焊接质量,还造成了锡的浪费。目前,无铅钎料抗氧化性差是长久以来困扰行业发展的主要问题,仅有少量文献对其进行研究。 1 波峰焊钎料抗氧化的发展历程 波峰焊过程中,在液态钎料表面上最常见的氧化物为SnO 与SnO 2。锡炉液面形成氧化物残渣,过量的氧化物残渣不但影响焊接质量,还使无铅钎料的成本增加,尤其是对现在昂贵的无铅钎料。 过去,人们采用加入抗氧化油的方式来减少

无铅焊料的热疲劳特性

无铅焊料的热疲劳特性 对无铅焊料进行热疲劳研究是最近才开始的事情,至今还没有构成完整的寿命预测模型,美国NCMS (NationalCenterforManufacturingSciences)的Lead Free solder project 曾对无铅焊料的热疲劳特性作了大量的研究。 作为焊料接合部热疲劳特性的评价方法,有通过视力对疲劳开裂的评价方法、利用电阻值变化的计测方法、或通过剥离试验对接合部剩余强度进行测定的方法等,对有框架引线类的QFP、PLCC等大多采用剥离试验求出接合部剩余强度再进行评价的方法。 图6.1-图6.4是将QFP 通过Sn-3.5Ag-x系无铅焊料组装于基板后,经热循环测试的器件与基板接合强度变化,及各个循环数的接合强度在初始强度下的减少关系(表示单位mass %)采用的QFP 试件由图6.5 表示(引线间距0.65mm、线数100)。

QFP 的引线电镀了S n-20Pb ,热循环制订二种方式,-30℃-130℃温度范围(△T-160K )和。0℃-100 ℃温度范围(△T = l00K ),升降速度1.78K/min,保持时间10min,采用气相式温度循环试验机。接合强度使用万能精密拉伸试验机,用0.5mm / min 的十字型滑块速度将引线框对着Cu 焊区垂直方向进行拉伸,在试验次数到30 次后,再用威伯尔曲线图计算出平均拉伸强度。 各焊料接合部的初始强度,除去合金Alloy H ( Sn-7.SBi-ZBi-0.SCu)以外,其余的接合强度都在其以上或同等。Sn-3.5Ag在添加Bi 后,其接合强度有上升的趋势,在2%时其强度达到峰值,其它场合强度都表示了降低趋势,Alloy H 合金所显示的初始强度与其他合金相比是最低的。 在添加Cu 的场合,接合强度同样显示上升,到1%时,比Sn-37Pb 、Sn-3.5Ag 有更好的接合强度。分析AT = 100 K 时各合金热循环和接合强度的关系,不难看出Sn-3.5Ag、添加Cu 后的接合强度下降趋势缓慢,而添加Bi 后,不管哪种合金都随着热循环数的增加接合强度明显下降,对添加Bi比较,Sn-3.5Ag 添加Cu、其强度下降非常少,即进入1200次循环后也不出现热疲劳损伤,具极优异的热疲劳抵抗性,而添加Bi 的合金焊料、其显示的接合强度,有的比Sn-37Pb还低。由此说明,在△T=100K 温度循环下,要保证无铅焊料具Sn-37Pb 以上的热疲劳抵抗性,Bi 添加量的界限为2%。 △T=160K 与△T=100K的比较,强度跌落的斜度较大,与添加Bi 的合金比较,Sn-3.5Ag 和添加Cu 的合金热疲劳特性良好、强度下降系数与△T=100K相同。Sn-3.5Ag的热疲劳抵抗性最好,在1200次循环后强度还保持在初始强度的80%添加Bi的合金强度降低与其浓度有关、在1200次循环后其强度为初始强度的20%程度。添加Cu的合金,明显地受到热疲劳损伤,1200次循环后其强度大体上与Sn-37Pb相同。 热疲劳试验证明,在△T =160K时,特性超过目前Sn-37Pb所具热疲劳抵抗的合金有Sn-3.5Ag或添加1%Cu以下的合金焊料,从合金熔点的观点考虑,Bi的含量多对其合金性

从元素周期表认识无铅焊料的性能

从元素周期表认识无铅焊料的性能 人们对无铅焊料已做了广泛的研究,并已开发出三大系列无铅焊料(表1)。但这几大系列无铅焊料的部分性能,特别是焊接性能/润湿性、焊接温度/工艺性以及经济性等方面,尚不及SnPb焊料。考察这些元素在元素周期表中的位置,我们不难看出,为什么已开发出的无铅焊料在性能上只能部分达到SnPb焊料的水平?或者说,为什么寻找真正能与SnPb合金相同性能的物质是非常非常的困难? 焊料合金元素在元素周期表中的位置 目前,已经开发成功的无铅焊料的合金成份,基本上由下列元素组成(图1)。元素周期表(表2)显示,这几种元素作为焊膏的合金成分几乎是“非君莫属”。 图1 无铅焊料的基本元素 SnPb合金最符合“相似相融”原则 Sn-Pb焊料几乎有了几千年的历史,至今尚无法完全取代它们,表观上与他们的物化性能有关,而最根本的原因是与Sn、Pb两元素在周期表中的位置有关,它们均是第Ⅳ主族元素,排列位置紧紧相连(Sn 在第五周期内,Pb在第六周期内),就好象同一家族内的弟兄俩一样,血脉相通,它们之间互熔性能好,合金本身不存在金属间化合物(IMC)。 但又由于Pb在元素周期表中是第82号元素位,碳族的末端,属第六周期。而Sn在元素周期表中是

第50号元素,排列在次末端,属第五周期。因为Pb的核电荷数为82,远大于核电荷为50的Sn,故通常Sn可以失去最外层的4个电子形成Sn4+离子,如SnO2,故Sn呈现出明显的金属性能,而Pb原子外层也有4个电子,但因核电荷数有82个,对最外层4个电子有大的引力,故通常Pb只能失去2个电子,形成Pb2+离子,如PbO,故Pb元素的活泼性不及Sn元素的活泼性,因此在使用SnPb焊料焊接金属Cu时,实际上只有Sn参与被焊金属Cu等的结合,而Pb不参与反应,Sn与Cu通过相互扩散的原理,形成金属间化合物Cu6Sn5,焊接学中这种扩散又称之为选择性的扩散,但微观的原因仍是由Sn、Pb元素的原子结构所决定,不同的原子结构显示出Sn的活性要高于Pb。 为何Sn仍将是焊料的基材? 由于Pb的有害性而将被取代,然而Sn仍是作用优良的焊料基材而被利用,这是因为Sn和其它许多金属之间有良好的亲和作用,它的熔点低,无毒无公害,特别是在地球上储藏量大,价格低,因而仍是一种无法取代的焊料基材,因此所谓的无铅焊料仍是以Sn为基材的焊料,既然Sn的位置已定,从元素周期表来看,任何元素都无法代替Pb而构成类似Sn-Pb合金的焊料。 以Bi为例,Bi是除Pb以外离Sn较近元素,Bi是元素周期中排在第Ⅴ主族(氮族)元素的末位,若从周期上看,Bi排在第六周期期第15列与Pb在同一周期,但Pb排在第14列,根据上述的规律Bi与Sn 不是同族元素,并且Bi的金属性比Pb要弱,表3为Sn、Pb、Bi三者的部分物理常数。 从表3中看出,Bi的非金属性明显比Pb强,Bi是菱状晶体(类似金属晶体),具有脆性,SnBi合金的导电/导热性能不及SnPb合金,Bi与Sn有较好的互熔性,但Sn-Bi合金硬度高,延伸性低,不能拉成丝,一句话SnBi合金焊料不及SnPb合金焊料那样好。 只要将相关金属的熔点同它们与Sn构成的共晶合金比例进行比较(图1),就会发现有一个有趣的规律,即随着金属熔点的降低或者更准确地说,随着金属熔点向Sn熔点的靠近,这些金属与Sn的共晶成份的比例就明显提高(表4),这也形象地验证了“相似相融”的原则。 挑选合金配方不是改进无铅焊料性能的唯一方法 已开发出来的Sn-Zn、Sn-Ag、Sn-Cu合金等无铅焊料的部分性能,特别是焊接性能尚达不到Sn-Pb 焊料的水平,这与它们在元素周期表中的位置以及原子结构有着密切的关系。

无铅手工焊面临的问题与解决方法

无铅手工焊面临的问题与解决方法 一、无铅焊料使用时的问题点 无铅手工焊接在焊料的选择上有一定的限制,譬如Sn-Zn系合金、Sn-Bi系合金的线体成形性较困难,且合金本身易氧化。或者使用中与焊剂的反应存在问题。一般不采纳这二种无铅焊料。目前推举使用的是熔点在210~230℃ Sn-Cu系合金和Sn-Ag-Cu系合金焊料。 众所周知,由于无铅焊料的流淌性差,使焊接时的扩展性(润湿性)大大不如原来的63-37共晶焊料,其扩展性只有原来的三分之一程度。 这种性质的焊料在展开手工焊时,不仅会对应组装基板与元件,也会体现在焊接用烙铁头部,尽管作业中想提高一些焊接温度,但对改善焊料的扩展性作用是不大的。 无铅焊料的熔点,比原来的焊料要高出20~45℃,因此手工焊时必须提高烙铁头的温度,通常使用的焊接温度是焊料的熔点温度加上50℃左右较妥当。考虑到焊接用烙铁头温度会由于本身功率及头部重量而存在差异,故温度的设定要比焊接温度高100℃左右。原来63-37共晶焊料的烙铁头温度约在340℃左右,使用Sn-O.7Cu焊料时的温度约

在380℃.关于手工焊接来讲,超过350℃以上时已作为界限温度,这种状态下的焊接可加快烙铁头的损耗,在超出焊剂的活性范围时易产生焊剂的碳化,降低焊剂的活性效果,这也会成为焊接中常见的焊剂或焊料飞溅的缘故。 二、手工焊接的注意点及解决方法 由上所述,在采纳直接加热方式进行无铅手工焊时,稍不注意就会产生各种各样的问题。这些问题的发生讲明了正是由于无铅焊料所具的固有特性,使用中就容易出现不良。我们在制定焊接工艺时,能够抓住下面几个差不多要点: ①烙铁头温度的治理 ②焊接基板、部品等表面状态的治理 ③焊剂的选择、效果衡量及作用 另外,要做到良好的无铅手工焊,作为重要因素的使用工具方面,以下几个要点是必须考虑的。 2.1 使用热恢复性能优良的烙铁 在无铅手工焊场合,烙铁头的温度势必要比焊料的熔点高出20~45℃,考虑到被焊元件本身的耐热性和稳定地进行焊接操作,烙铁温度最好设定在350℃~360℃范围,这是为了执行良好的手工焊接而采纳偏低温度的一种做法。掌握的重点有以下三项: *使用热恢复性良好的烙铁。

无铅焊料1

无铅焊料 常见无铅焊料合金性能介绍 无铅焊料成为电子组装行业的主要焊接材料。无铅焊料地发展过程中,各种各样的无铅焊料不断涌现,对于无铅焊料合金的组织结构特点和性能的了解就显的十分重要。由于ROHS 指令和WEEE指令在欧洲会议获得批准,2006年7月开始欧洲将禁止含铅电子产品的销售,同时中国也开始进入了无铅化的时代,这都使无铅焊料成为了必然。对于电子行业来说无铅焊料的选择成为了一个关键的问题。为此,材料界进行了大量的研究工作,试图找出可以替代Sn-Pb焊料的无铅焊料。现在各种系别组成的无铅焊料合金有很多种,其中主要有:Sn -Ag、Sn-Zn、Sn-Bi、Sn-Cu等二元合金以及在此基础上添加其他合金元素形成的三元、四元乃至五元合金。下面就对现今主要的无铅焊料合金组织结构及性能进行介绍。 Sn-Ag系列 Sn-Ag系焊料作为锡铅替代品已在电子工业使用了多年。典型的组成比例是Sn96.5-Ag3.5,其熔点为221℃。这种焊料所形成的合金组织是由不含银的纯β-Sn和微细的Ag3Sn相组成的二元共晶组织。添加Ag所形成的Ag3Sn因为晶粒细小,对改善机械性能有很大的贡献。随着Ag含量的增加,其屈服强度和拉伸强度也相应增加。从强度方面来说,添加1-2%以上的Ag就能与Sn-Pb共晶焊锡相同或者超过它。添加3%以上的Ag,强度值显著比Sn-Pb 共晶焊锡要高,但超过3.5%以后,拉伸强度相对降低。这是因为除了微细的Ag3Sn结晶以外,还形成了最大可达数十微米的板状Ag3Sn初晶。形成粗大的金属间化合物不仅使强度降低,而且对疲劳和冲击性能也有不良影响,因此对Ag的含量和金属界面的金属间化合物要进行认真的考究。 在Sn-Ag合金里添加Cu,能够在维持Sn-Ag合金良好性能的同时稍微降低熔点,而且添加Cu以后,能够减少所焊材料中铜的浸析。Sn-Ag-Cu无铅焊料是目前被认为最接近实用化的Sn-Pb焊料替代品,也是目前无铅焊料得首选。典型的组成比例是Sn3.0Ag0.5Cu,熔点为216~217℃。Sn与次要元素Ag和Cu之间的冶金反应是决定应用温度、同化机制及机械性能的主要因素。在这三元素之间有三种可能的二元共晶反应。在温度动力学上Sn更适合与Ag或Cu反应,来形成Ag3Sn或Cu6Sn5金属间化合物。Ag3Sn细微结晶具有相当长的纤维状组织。Ag与Cu一样也是几乎不能固溶于β-Sn的元素。较硬的Ag3Sn和Cu6Sn5粒子在锡基质的锡银铜三重合金中,可通过建立一个长期的内部应力,有效地强化合金。这些硬粒子也可有效地阻挡疲劳裂纹的蔓延。Ag3Sn和Cu6Sn5粒子的形成可分隔较细小的锡基质颗粒。Ag3Sn和Cu6Sn5粒子越细小,越可以有效地分隔锡基质颗粒,结果是得到整体更细小的微组织。这有助于颗粒边界的滑动机制,因此延长了提升温度下的疲劳寿命。Sn3.0Ag0.5Cu焊点中Sn先结晶,以枝晶状(树状)出现,中间夹Cu6Sn5和Ag3Sn。当Cu 含量在0.5~1.3﹪,Ag含量在3.0~3.5﹪时可以得到比较好的合金性能。 Sn-Zn系列 Sn-Zn系无铅合金的典型组成比例为Sn9Zn,熔点是199℃,被认为是最有发展潜力的无铅焊料。Sn、Zn元素以固溶体的形式构成合金,说明了Sn-Zn有较好的互熔性。Zn能均匀致密的分散在Sn中。但由于存在润湿性和抗氧化性差等问题曾被认为是一种并不理想的无铅焊料。近年来对Sn-Zn系合金润湿的研究取得了明显进展,在Sn-Zn中添加Bi焊料是目前研究较为广泛的无铅合金材料。Bi是一种表面活性元素,在熔融状态下,Bi元素能够向溶体表面富集,导致合金的表面张力减小。因此,Bi的加入提高了合金的润湿性能,研究表明在Sn-9Zn为共晶合金的基础上加入Bi虽然提高了合金的润湿性,但往往伴随着焊料力学性能的下降,通过调节合金中Zn的含量,能够减少初生Zn相的生成,在提高润湿性(缩短润湿时间)的条件下降低由于Bi的加入带来的力学性能恶化效果。Sn8Zn3Bi合

无铅手工焊面临的问题与解决方法修订版

无铅手工焊面临的问题 与解决方法 Document number:PBGCG-0857-BTDO-0089-PTT1998

无铅手工焊面临的问题与解决方法 一、无铅焊料使用时的问题点 无铅手工焊接在焊料的选择上有一定的限制,譬如Sn-Zn系合金、Sn-Bi系合金的线体成形性较困难,且合金本身易氧化。或者使用中与焊剂的反应存在问题。一般不采用这二种无铅焊料。目前推荐使用的是熔点在210~230℃ Sn-Cu系合金和Sn-Ag-Cu系合金焊料。 众所周知,由于无铅焊料的流动性差,使焊接时的扩展性(润湿性)大大不如原来的63-37共晶焊料,其扩展性只有原来的三分之一程度。 这种性质的焊料在展开手工焊时,不仅会对应组装基板与元件,也会体现在焊接用烙铁头部,尽管作业中想提高一些焊接温度,但对改善焊料的扩展性作用是不大的。 无铅焊料的熔点,比原来的焊料要高出20~45℃,因此手工焊时必须提高烙铁头的温度,通常使用的焊接温度是焊料的熔点温度加上50℃左右较妥当。考虑到焊接用烙铁头温度会由于本身功率及头部重量而存在差异,故温度的设定要比焊接温度高100℃左右。原来63-37共晶焊料的烙铁头温度约在340℃左右,使用焊料时的温度约在380℃.对于手工焊接来说,超过350℃以上时已作为界限温度,这种状态下的焊接可加快烙铁头的损耗,在超出焊剂的活性范围时易产生焊剂的碳化,降低焊剂的活性效果,这也会成为焊接中常见的焊剂或焊料飞溅的原因。

二、手工焊接的注意点及解决方法 由上所述,在采用直接加热方式进行无铅手工焊时,稍不注意就会产生各种各样的问题。这些问题的发生说明了正是由于无铅焊料所具的固有特性,使用中就容易出现不良。我们在制定焊接工艺时,可以抓住下面几个基本要点: ①烙铁头温度的管理 ②焊接基板、部品等表面状态的管理 ③焊剂的选择、效果衡量及作用 另外,要做到良好的无铅手工焊,作为重要因素的使用工具方面,以下几个要点是必须考虑的。 使用热恢复性能优良的烙铁 在无铅手工焊场合,烙铁头的温度势必要比焊料的熔点高出20~45℃,考虑到被焊元件本身的耐热性和稳定地进行焊接操作,烙铁温度最好设定在350℃~360℃范围,这是为了执行良好的手工焊接而采用偏低温度的一种做法。掌握的重点有以下三项: *使用热恢复性良好的烙铁。 *使用热容量大的烙铁。 *烙铁头部的形状应该与被焊接部相符。 图一是适合于无铅手工焊接、具良好热恢复性的912型烙铁(品种号),为了与原来性能的烙铁相比较,可以按照图二表示的温度测定方法,对图中1、4、7三个点装上传感器,用3秒钟的时间间隔,对7个点进行焊接,同时测定烙铁头温度的变化,测定结果可参阅图三。912型是热恢复性好的烙铁,907、908型是原来型号的烙铁,908比907的热容量要大。测定结果表示,在相同烙铁头温度场合的焊接部温度,用912型连续焊接的

焊锡相关知识介绍

助焊剂的特性 1、化学活性(Chemical Activity) 要达到一个好的焊点,被焊物必须要有一个完全无氧化层的表面,但金属一旦曝露于空气中会生成氧化层,这中氧化层无法用传统溶剂清洗,此时必须依赖助焊剂与氧化层起化学作用,当助焊剂清除氧化层之后,干净的被焊物表面,才可与焊锡结合。 助焊剂与氧化物的化学反应有几种:1、相互化学作用形成第三种物质;2、氧化物直接被助焊剂剥离; 3、上述两种反应并存。 松香助焊剂去除氧化层,即是第一中反应,松香主要成份为松香酸(Abietic Acid)和异构双萜酸(Isomeric diterpene acids),当助焊剂加热后与氧化铜反应,形成铜松香(Copper abiet),是呈绿色透明状物质,易溶入未反应的松香内与松香一起被清除,即使有残留,也不会腐蚀金属表面。 氧化物曝露在氢气中的反应,即是典型的第二种反应,在高温下氢与氧发生反应成水,减少氧化物,这种方式长用在半导体零件的焊接上。 几乎所有的有机酸或无机酸都有能力去除氧化物,但大部分都不能用来焊锡,助焊剂被使用除了去除氧化物的功能外,还有其他功能,这些功能是焊锡作业时,必不可免考虑的。 2、热稳定性(Thermal Stability) 当助焊剂在去除氧化物反应的同时,必须还要形成一个保护膜,防止被焊物表面再度氧化,直到接触焊锡为止。所以助焊剂必须能承受高温,在焊锡作业的温度下不会分解或蒸发,如果分解则会形成溶剂不溶物,难以用溶剂清洗,W/W级的纯松香在280℃左右会分解,此应特别注意。 3、助焊剂在不同温度下的活性 好的助焊剂不只是要求热稳定性,在不同温度下的活性亦应考虑。 助焊剂的功能即是去除氧化物,通常在某一温度下效果较佳,例如RA的助焊剂,除非温度达到某一程度,氯离子不会解析出来清理氧化物,当然此温度必须在焊锡作业的温度范围内。另一个例子,如使用氢气做为助焊剂,若温度是一定的,反映时间则依氧化物的厚度而定。 当温度过高时,亦可能降低其活性,如松香在超过600℉(315℃)时,几乎无任何反应,如果无法避免高温时,可将预热时间延长,使其充分发挥活性后再进入锡炉。 也可以利用此一特性,将助焊剂活性纯化以防止腐蚀现象,但在应用上要特别注意受热时间与温度,以确保活性纯化。 4、润湿能力(Wetting Power) 为了能清理材表面的氧化层,助焊剂要能对基层金属有很好的润湿能力,同时亦应对焊锡有很好的润湿能力以取代空气,降低焊锡表面张力,增加其扩散性。 5、扩散率(Spreading Activity) 助焊剂在焊接过程中有帮助焊锡扩散的能力,扩散与润湿都是帮助焊点的角度改变,通常“扩散率”可用来作助焊剂强弱的指标。 本公司提供不同规格的锡线,可有各种不同合金成份,不同助焊剂类型以及线径选择。产品具有下列优点:可焊性好,润湿时间短; 钎焊时松香飞溅; 线内松香分布均匀,连续性好; 无恶臭味,烟雾少,不含毒害健康之挥发气体; 卷线整齐、美观,表面光亮。 无铅锡线: 配合无铅化电子组装需求,本公司的具有Sn-Cu,Su-Ag,Sn-Bi,Sn-Sb,Sn-Ag-Cu等合金成份的无铅锡

回流焊无铅焊接的特点和对策

钎焊机理 钎焊分为硬钎焊和软钎焊。主要是根据钎料(以下称焊料)的熔化温度来区分的,一般把熔点在450℃以下的焊料叫作软焊料,使用软焊料进行的焊接就叫软钎焊;把熔点在450℃以上的焊料叫作硬焊料,使用硬焊料进行的焊接就叫硬钎焊。在美国MIL SPEC军用标准中,是以800℉(429℃)的金属焊料的熔点作为区分硬钎焊和软钎焊的标准。 电子装联用锡焊是一种软钎焊,其焊料主要使用锡Sn、铅Pb、银Ag、铟In、铋Bi等金属,目前使用最广的是Sn-Pb和Sn-Pb-Ag 系列共晶焊料,熔点一般在185℃左右。 钎焊意味着固体金属表面被某种熔化合金浸润。这种现象可用一定的物理定律来表示。如果从热力学角度来考虑浸润过程,也有各种解释的观点。有一种观点是用自由能来解释的。 ⊿F=⊿U-T⊿S 在这里,F是自由能,U是内能,S是熵。⊿F 与两种因素有关,即与内能和熵的改变有关。一般S常常趋向于最大值,因此促使-T⊿S也变得更小。实际上,当固体与液体接触时,如果自由能F减少,即⊿F是负值,则整个系统将发生反应或趋向于稳定状态。由此可知,熵是浸润的促进因素,因为熵使⊿F的值变得更小。⊿F的符号最终决定于⊿U的大小和符号,它控制着浸润是否

能够发生。为了产生浸润,焊料的原子必须与固体的原子接触,这就引起位能的变化,如果固体原子吸引焊料,热量被释放出来,⊿U是负值。如果不考虑⊿U的大小和量值,那么,熵值的改变与表面能的改变有同样的意义,浸润同样是有保证的。在基体金属和焊料之间产生反应,这就表明有良好的浸润性和粘附性。如果固体金属不吸引焊料,⊿U是正值,这种情况下,取决于⊿U在特殊温度下的大小值,才能决定能否发生浸润。这时,增加T⊿S值的外部热能,能对浸润起诱发作用。这种现象可以解释弱浸润。在焊接加温时,表面可能被浸润,在冷却时,焊料趋于凝固。在开始凝固的区域,⊿U是正值,其值比T⊿S大得多,当⊿F最终变为正值时,浸润现象就发生了。 有两种情况,一种是两种浸润材料互相发生浸润,导致结合,二者都呈现低表面能,这时的焊点具有良好强度。单纯的粘附作用不能产生良好的浸润性。假如把两种原子构成的固体表面弄得很光滑,在真空中叠合在一起,它们可能粘附在一起,这种现象是两个光滑断面之间的范德华力作用。这种结合接度以范德华力为基础,超过了任何接点的应用强度。生产中不会出现这种情况,因为范德华力是在很短距离时才起作用。实际工程上,表面都且有粗糙性,阻止原子密切接触。可是在一些局部,原子结合力也会起作用,这是很微小的。实际上,从宏观来观察时,也包括范德华力在内。

无铅焊料的新发展

无铅焊料的新发展 前言 锡铅焊料是电子组装焊接中的主要焊接材料,以其优质的性能和低廉的成本,一直被人们所重视。但众所周知铅及它的化合物是有毒物质,人类如长期接触会给生活环境和安全带来较大的危害。其中铅对儿童的危害更大,会影响其智商和正常发育。人类为避免这方面的问题,限制使用甚至禁止使用有铅焊料的呼声越来越高。最终拥有悠久历史的传统型锡铅焊料,将会逐渐被新的绿色环保型焊料所替代。如无铅汽油的广泛使用就是一个很好的范例。世界各国都纷纷开展无铅焊料的研究工作。特别是欧美、日本等一些发达国家在无铅化的研究和应用上非常重视,已经走在世界前列。二十世纪末日本已有多家知名公司相继使用无铅焊料进行批量生产。Panasonic 1998年9月就开始在批量生产盒式收录机中使用Sn-Ag-Bi(In),还有NEC、SONY、TOSHIBA、HITACHI等公司先后用无铅焊料进行批量生产,同时都制定了全面推行无铅化的期限。 2 无铅焊料的介绍 传统锡铅焊料,它是利用Sn63Pb37为锡铅低共熔点,其共晶温度是183℃,与目前PCB的耐热性能接近,并且具有良好的可焊

性、导电性以及较低的价格等优点而得到广泛使用。无铅焊料是利用锡与其它金属如铜、铋、银等金属的合金在共晶点或非 共晶点出现的共熔现象制成的焊料。作为锡铅共晶焊料合金的替代材料,无铅焊料应该在融点、机械特性和物理特性等方面同锡铅共晶焊料合金接近,且供应材料充足,毒性弱并能在现有的设备中运用现有的工艺条件进行使用。 2.1 无铅焊料的具体要求 无铅焊料应该具备与锡铅体系焊料大体相同的特征,具体目标如下: (1)替代合金应是无毒性的。一些考虑中的替代金属,如镉和碲,是毒性的;其它金属,如锑、铟,由于改变法规的结果可能落入毒性种类。 (2)熔点应同锡铅体系焊料的熔点(183℃)接近,不应超过200℃。 (3)供应材料必须在世界范围内容易得到,数量上满足全球的需求。某些金属--如铟(Indium)和铋(Bismuth)--数量比较稀少,只够用作无铅焊锡合金的添加成分。 (4)替代合金还应该是可循环再生的,如将三四种金属加入到无铅替代焊锡配方中可能使循环再生过程复杂化,并且增加其成本。

无铅焊料的选取

无铅焊料的选取 [摘要]在无铅化制造的潮流下,很大部分电子组装厂正在使用或试用无铅焊料,然而部分中小型和内陆电子组装厂,还对无铅焊接知之甚少,或者受资金和技术的限制,而无力跟进。 [关键词]无铅焊接无铅焊料SnPb SnAgCu SnAg 近几十年来,全球电子电气工业呈现膨胀式发展,电子产品更新换代非常迅速。人类在享受电子电气工业带来的方便和益处的同时也面临堆积如山的电子垃圾,世界各国处理报废电子电气产品的负担越来越重。电子电气垃圾给全球生态环境造成的消极影响正越发严峻。2003年2月13日,欧盟委员会颁布WEEE和RoHs两指令,其中RoHs指令规定,自2006年7月1日起,进入欧盟市场的电子电气产品禁用6类有害物质。由此电子产业掀起了一股“绿色”风暴,电子电气产业也随之进入了“无铅制造时代”。 由于传统的焊料成份63Sn37Pb,在目前的电子装联行业,被广泛使用。要实现无铅化制造,必然面临无铅焊料的选择,广泛的研究表明,没有一种无铅合金可以直接替换铅锡合金。因此,人们花了很大力气研究和开发能够代替铅锡焊料的合金,面对纷繁的无铅焊料种类和成分,无铅焊料的选择主要考虑以下几个方面。 (1)金属的价格和金属的资源考虑,尽量选择低成本和全球供应充分的金属。很多电子制造大厂表示,目前市场上无铅焊料供应充足,但要采购到在性能和价格方面都能满意的产品很难,无铅焊料价格平均高出有铅1倍以上。 在考虑价格时,不但要考虑单位重量的价格,也要考虑单位体积的价格。例如,Sn96.5Ag3Cu0.5与Sn63Pb37之间在密度上的差别几乎达到20%。因此,如果一公斤的Sn63Pb37 产生1,000瓶的锡膏,那么0.8公斤的Sn96.5Ag3Cu0.5也将产生同样1,000瓶锡膏。从表1中可以看出,单位体积相对成本比单位重量相对成本普遍低20~40%。另外,有些无铅焊料还受专利限制,增加了大约2~8%的合金成本。 早期的无铅焊料主要使用Sn96.5Ag3Cu0.5(SAC305)和Sn95.5Ag4Cu 0.5(SAC405),这两种焊料由于含有比较贵重的银金属,又受专利保护,价格相对较高。目前价格较低的Sn99.3Cu0.7合金受到越来越多的青睐。 (2)熔点选择。大多数装配厂家(不是所有)都要求焊料固相温度最小为150℃,以便满足电子设备的工作温度要求,最高液相温度则视具体应用而定。例如:波峰焊用焊条,液相温度应低于炉温260℃;再流焊用焊锡膏,液相温度应低于回流焊温度250℃。对现有许多回流焊炉而言,该温度是实用温度的极限

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