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iNEMI—行业无铅合金应用现状的研究报告

放大字体  缩小字体 发布日期:2009-12-23  浏览次数:377

然而,低银焊点的BGA改变了这种情况,尤其在返 修过程中。和SAC305、SAC405的BGA不同,SAC105的 BGA在采用Sn-Pb焊料返修过程中,容易在焊点界面出现大量的空洞,如图14所示。

为了更好地理解产生这种现象的根本原因,需要深 入的分析一下不同SAC合金之间的差异。相比SAC305和 SAC405,SAC105距离共晶点要更远一些,美国标准与技 术研究院(NIST)通过试验获得了SAC合金在共晶点时成份 为:Sn-95.6%,Ag-3.5%,Cu-0.9%。因此,SAC305和 SAC405比SAC105距离合金的共晶点更近是因为他们之间 的银含量不同, 如 图1 1所示。从相图 分析来看, 共晶合 成物的最低熔点为 217℃,其他组分的 合金的熔化温度都 要高一些。此外, 在非共晶焊料结晶时, 并非所有组分同时结晶,而是其中一相首先在某一温度结晶,而其他组分在另一温度结晶;也就是说,此时就会形成一个“糊状”区域。SAC 合金中的不同相包括:Sn、Ag3Sn、Cu6Sn5和SAC三元共晶相;凝固过程发生的相变可以使用DSC测定。DSC通常用来测定合金或者混合物的固化(凝固点)温度和液化(熔点)温度。图15显示了SAC305的DSC曲线,显示熔化点在218℃和明显的一个的昂对很小“糊”状区域(216℃~221℃),这是因为它接近共晶组分。

图1 6 显示了SAC 合金中 典型的凝固次序,锡最先从熔 融焊料里结晶析出,紧接着是 Ag3Sn或者是Cu6Sn5,最后是Sn-Ag-Cu共晶相。

为了能更好地理解SAC105/Sn-Pb和高银BGA焊料 凝固的微观形成过程,用DSC分析了SAC305/Sn-Pb和 SAC105/Sn-Pb,图17显示了代表性的曲线。

SAC105焊球与Sn-Pb共晶焊膏混合,其结果是合金有 一个范围约为45℃的很宽的“糊”状区域(177~224℃), 相比较而言,SAC305/Sn-Pb混合合金的范围只有30℃;相 对于SAC305而言,SAC105中含有更多的锡造成的结果使熔 点升高15℃,提高了合金的熔点,导致某些组分的凝固需要 更长的时间。例如:在SAC105中,锡比SAC305中要需要更 长凝固时间,其结果就是形成较大的枝晶。通过DSC曲线就 可以揭示多组分样品中不同相的凝固过程。例如,液态焊料 中最后形成Sn-Ag-Pb三元共晶相,其熔点为179℃;值得 注意的是,当前的曲线是纯的SAC和Sn-Pb的混合焊料;焊 料的实际使用中,微量合金成分的掺杂(如镍、锰、铋和铈 等)或由于基材PCB表面处理时引入的有机物、无机物的溶解形成的掺杂,会使凝固温度降低。

 
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