无铅钎焊技术的挑战

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：2）无铅钎料的润湿性与传统的Sn-Pb钎料相比要差，钎焊工艺窗口较窄，钎焊设备及工艺需要做出相应的改进。总之，无铅钎焊技术的推广应用已是一个不可逆转的趋势。因此研制高性能的无铅钎料、开发控制精密的无铅钎焊设备、优化无铅钎焊参数及对焊点服役可靠性的深入研究，这一系列的问题都对我们提出了严峻的挑战，也为我们提供了广阔的研究领域。

无铅钎焊技术经过近十几年的发展，已取得了长足的进步，现有的无铅钎料合金体系，成分已得到工业界的认同，钎焊工艺日趋成熟，但还有许多问题需要解决，比如：

1）绝大多数无铅钎料的熔化温度偏高，需要较高的钎焊温度。如回流焊时的温度为220～250℃；波峰焊时的钎焊温度为240～260℃。由于钎焊温度的提高，电子元器件的耐热、电路板的耐温及变形等问题越显突出。如目前的电子元器件、电路板的耐热设计标准为235℃，因此这个温度必须提高到260℃。

2）无铅钎料的润湿性与传统的Sn-Pb钎料相比要差，钎焊工艺窗口较窄，钎焊设备及工艺需要做出相应的改进。如现有的红外回流焊设备很难满足要求，需要采用空气对流的回流焊设备，而且要增加温区数目，提高温度控制的精度。因此和传统的Sn-Pb钎料相比，钎焊参数的控制难度增加，致使焊点缺陷率增加。

3）无铅钎料中锡（Sn）的质量分数一般都超过90%，和传统的Sn-37Pb共晶钎料相比，含Sn量大大增加，界面反应加剧；其次，无铅钎料的熔化温度增加，润湿性较差，这都将导致钎焊温度、高温停留时间随之增加，以保证无铅钎料的充分铺展。但又要控制表面处理镀层和液态钎料的过度反应，造成互连焊点的性能降低。因此无铅钎焊时的缺陷率超过传统Sn-Pb钎料的钎焊，焊点缺陷的在线检测技术还不完善，一些精密封装的可靠性数据相当缺乏，如BGA、Flip-Chip封装等。

总之，无铅钎焊技术的推广应用已是一个不可逆转的趋势。电子信息技术的飞速发展又导致各种封装结构形式不断出现，其主要特征表现为互连焊点的特征尺寸越来越小（焊点体积、镀层厚度在微米级）；焊点密度越来越高（焊点间距、焊点数量）；服役环境越来越严酷（高温、高湿、腐蚀环境）；外加载荷越来越复杂（热失配、大电流密度、高应变速率等），而互连焊点又是整个封装系统的薄弱环节，现今可靠性数据还相当缺乏。因此研制高性能的无铅钎料、开发控制精密的无铅钎焊设备、优化无铅钎焊参数及对焊点服役可靠性的深入研究，这一系列的问题都对我们提出了严峻的挑战，也为我们提供了广阔的研究领域。

无铅钎焊技术的挑战

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