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
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
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。究竟哪一种镀层最好,目前还没有结论,因此还有待无铅元器件标准的完善。
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。
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。
据美国伟创立、Agilent等公司的可靠性试验,例如推力试验、弯曲试验、振动试验、跌落试验,经过潮热、高低温度循环等可靠性试验结果,大体上都有一个比较相近的结论:大多数民用、通信等领域,由于使用环境没有太大的应力,无铅焊点的机械强度甚至比有铅的还要高,但在使用应力高的地方,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很多。
关于无铅焊点的可靠性(包括测试方法)还在初期的研究阶段。
目前正处在无铅和有铅焊接的过渡转变时期,大部分无铅工艺是无铅焊料与有铅引脚的元件混用。在"无铅"焊点中,铅的含量可能来源于元件的焊端、引脚或BGA的焊球。
有铅焊料与无铅焊端混用时,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。BGA、CSP无铅焊球是不能用到有铅工艺中的。
高温对元件有不利影响。陶瓷电阻和特殊的电容对温度曲线的斜率(温度的变化速率)非常敏感,由于陶瓷体与PCB的热膨系数CTE相差大,在焊点冷却时容易造成元件体和焊点裂纹,元件开裂现象与CTE的差异、温度、元件的尺寸大小成正比。0201、0402、0603小元件一般很少开裂,而1206以上的大元件发生开裂失效的机会较多。
铝电解电容对温度极其敏感。连接器和其他塑料封装元件(如QFP、PBGA)在高温时失效明显增加。粗略统计,温度每提高
无铅焊料的返修相当困难,主要原因是无铅焊料合金润湿性差、温度高、工艺窗口小。
无铅返修应注意:选择适当的返修设备和工具,正确使用返修设备和工具,正确选择焊膏、焊剂、焊锡丝等材料,正确设置焊接参数。
无论从环保、立法、市场竞争和产品可靠性等方面来看,无铅化势在必行。目前无铅焊接还处于过渡和起步阶段,从理论到应用都还不成熟,迫切需要加快对无铅焊接技术从理论到应用的研究。
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杭州辛达狼焊接科技有限公司是一家专业研发、生产和销售低、中、高温钎焊用助焊剂的科技型企业。产品主要有免洗助焊剂、铝锡焊助焊剂、不锈钢无铅助焊剂、普通型不锈钢锡焊助焊剂、无铅烙铁头专用高效助焊剂、铝/铜异种材料钎焊助焊剂、铜合金用中温膏状助焊剂、中温膏状铝助焊剂和焊膏等系列产品,广泛应用于电子、电器、制冷和汽车等领域。
公司建有助焊剂研发中心,拥有2名博士和多名助焊剂专家,并与哈尔滨工业大学在助焊剂领域建立了密切的科研合作。