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具备产业实用化特征的无铅焊料
日期:2011-01-17 22:11  点击:297
从产业实用化的角度出发,对无铅焊料的性能要求主要集中在以下几个方面:
(1) 熔点。焊料合金的熔点是决定焊接温度的最根本参数,因此日本JIS Z3198:无铅焊料试验方法标准的第一个部分就是“熔化温度范围的测定方法”。人们在寻找新型无铅焊料是首先期待的就是其熔点能够接近于传统的Sn~Pb焊料,这样的话相关的设备,工艺参数等就不需要作出太大变动。但从表1~5中的数据可以看出,这一愿望是无法实现的,特别是熔点最为接近的Sn~Zn又存在氧化和腐蚀的问题。另一方面,Sn~Bi Sn~In等体系的焊料熔点又太低。因此,仅仅从熔点这一参数考虑,事实上目前电子工业界认可的无铅焊料也集中于这两个系列,当然也包括然生出来的Sn~Ag~Cu系列的无铅焊料。
(2)电气性能。焊料合金形成焊点后,一个主要作用是传输电信号。因此焊料合金应该具有足够低的电阻值,以避勉电子组装件上有限的电压/电流在焊点部位的损耗。
(3)力学性能。焊点的另一个主要作用就是机械连接。特别是电子产品在实际使用中要不断经历开机,关机也就是说相应的电子元器件不断的发热和冷却。因此,热疲劳性能是焊料合金力学性能中最为重要的一个指标。
(4)润湿铺展性能。良好的润湿铺展是形成良好焊点的前提条件。当然,如果焊料合金自身的润湿性能较差,可以通过调节助焊剂来进行弥补。在世纪电子组装作业中,主要有手工烙铁焊,波峰焊,浸焊,回流焊四种焊等四种作业方式,涉及的焊料的种类为锡线,锡条和锡膏。作业方式及形成的焊点结构形式的不同,对焊料合金的性能要求也有所不同。下面将分别予以描述。
锡条/锡线用无铅焊料合金
在无铅化电子组装发展的初期段,在手工烙铁焊,波峰焊,浸焊等领域应用最为广泛的就是Sn~3.0Ag~0.5Cu合金,简称为SAC305无铅焊料。后来Sn~0.7Cu合金也开始得到应用。但是二者都有着明显的不足:前者虽然可焊性良好,但昂贵的价格是很多电子产品制造商心痛:后者虽然在无铅焊料合金中价格最低,但是较差的可焊性制约了焊接质量与生产效率,特别是无法满足通空贯穿类电子组装的质量要求。因此,第二代无铅焊料合金的开发就着眼于性价比更高的焊料合金,目前业界已经给出答案:Sn~0.3Ag~0.7Cu或者Sn~0.5Ag~0.7Cu合金,下面以SAC0507为例进行论述。

锡膏用无铅焊料合金

迄今为止,在无铅回流方面,应用最为广泛的还是SAC305合金。但是,有色金属原材料价格不断上涨带来的成本压力也迫使大家寻求性价比更高的无铅锡膏用焊料合金。目前业界的普遍考虑就是Sn~1.0Ag~0.5Cu或者Sn~1.0Ag~0.7Cu无铅焊料合金,日本焊料委员会在2006年提出第二代无铅焊料研究成果时,也指出可以采用SAC107合金取代传统的SAC305合金。下面以SAC107合金为里进行说明。
SAC105无铅焊料的润湿性
回流焊应用中对于焊料合金的润湿性要求更高。图1~13危机中无铅焊料合金的润湿性对比。从图中的数据可以看出,添加Ag不仅可以明显改善润湿性,而且数据的一致性也比较好。SAC107合金的润湿性也已经相当接近于SAC305合金。

热疲劳可靠性

回流焊焊点的结构形式决定了其热疲劳可靠性是非常重要的评价指标。表~15是几种无铅焊料合金SMT焊点的热疲劳可靠性数据。试验条件为—40~+90℃的温度循环,各30分钟,共1000次循环。从数据中可以看出,SAC107合金的可靠性最接近于SAC305合金。
No
焊料成分
累计故障率1%时的
 循环次数
Sn
Cu
Ag
Ni
1
Bal
0.5
3
 
450
2
Bal
0.7
   
280
3
Bal
0.7
0.3
 
320
4
Bal
0.7
0.5
 
290
5
Bal
0.7
1
 
400
6
Bal
0.7
 
0.03
270
7
Bal
0.7
 
0.05
320
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