Sn-Bi系列低温无铅焊料及其发展趋势.doc

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1、Sn-Bi系列低温无铅焊料及其发展趋势摘要：对国内外无铅焊料的发展情况进行了综述，总结了微电子行业的高、中、低温无铅焊料的应用技术领域，详细介绍了Sn・Bi系低温无铅焊料的发展及其物理化学性能，并从市场的角度分析了该系无铅焊料的发展趋势及市场前景。关键词：无铅焊料；低温焊料；锡一铤合金；发展趋势LowTemperatureLead-freeSolderandItsDevelopingTendencyXu-jun,Hu-qiang,Hehui-jun,Zhangfu・wen(BeijingCOMPOSolderCo.,Ltd.；GeneraIResearchInstituteforNon-f

2、errousMetals)Abstract:Thispaperreviewsthedevelopmentoflead-freesolder,andalsosummarizedseveralmainlead-freesoldersandtheirapplyingfield.Itintroducessomelowtemperaturesoldersandanalyzesthephysical&chemicalpropertyofSn・Bisystemsolderinparticularly.Furthermore,thedevelopin呂requirementandtendencyo

3、fSn・BisystemlowmeltingpointPb-freesolderisanalyzedfromthemarketpoint.Keywords:Lead-freesolder；lowtemperaturesolder；Sn・Bialloy；Developmenttendency0前言锡铅焊料历史悠久，但随着对铅毒性的认知和电子工业发展对焊点的高要求，无铅焊料已逐渐取代了传统锡铅焊料。当前业界较为认可的无铅焊料以Sn-Ag-Cu为代表，因为其容易获得、技术问题相对也较少，且与传统焊料相容性较好，可靠性较高。然而应用Sn・Ag・Cu系焊料完全替代含铅焊料并不现实，除了合金成本因素外

4、，英最致命的弱点是合金熔点比原来Sn・Pb焊料高，导致组装温度上升。在波峰焊过程屮，只耍管理好锡浴和反应状态，确保润湿尚可；但在回流焊焊接中，焊料熔点的上升对工艺温度影响很大。随着电子产品的轻薄短小化发展,回流焊应用比例口益提高,Ag-Cu系共晶温度为217°C相比Sn-Pb共晶焊料的熔点183°C高34°C,如果从器件被限制的组装温度上限为240°C來看，Sn-Ag-Cu系的封装工艺窗口比传统的Sn・Pb窄60%。这就意味着对焊接设备、焊接工艺、电子元件及基板材料的耐温性能等一系列系统化工程提出了严峻的挑战。此外，LED、LCD、散热器、高频头、防雷元件、火警报警器、温控元件、空调安全保

5、护器、柔性板等热敏电子元器件加热温度不宜高，以及进行多层次多组件的分步焊接时均需要低温焊接，不能使用Sn-Ag-Cu等高熔点焊料。更重耍的是由于冃前无铅焊料的高能耗会造成CO2排放引起温室效应等一系列环境破坏。因此，冇人甚至呼吁不要实施无铅化，回归使用原來的含铅焊料。然而丿力史不会倒流，强烈期待在发展屮、低温焊料时取得突破，以实现在低温条件能够组装的无铅焊接［1〜6］。1微电子行业无铅焊料的分类及应用钎料（亦称焊料）按熔化温度的不同分两大类，一类是熔化温度高丁450°C的硬钎料，另一类为熔化温度低于450°C的软钎料，也冇将钎料按熔化温度不同分为高、中、低温钎料，而微电子行业焊料实际上属于

6、低温钎料领域。实用化微电子无铅焊料行业内部按熔点范围通常亦分为高、屮、低温无铅焊料，表2为无铅焊料的分类表⑶5〜9］。表1、无铅焊料的分类2Sn-Bi系无铅焊料的发展低温焊料具冇20多年的应用历史，其主要特点是能够在183°C以下进行焊接，因此对元件的适应性强，节约能耗、降低污染排放。目前的低温焊料主要有Sn-Bi系和Sn-ln系两种，由于In是一种稀缺昂贵金属，使得Sn・ln焊料应用受限，因此二元合金Sn・Bi（尤其SnBi58）常被使用在低温焊接需求的场合。文献⑼显示，Sn-Bi系焊料在较宽的温度范围内与Sn-Pb冇相同的弹性模量，并且Bi的很多物理化学特性与Pb相似，Bi的使用可以降

7、低熔点、减少表面张力，Bi的加入降低了Sn与Cu的反应速度，所以有较好的润湿性；此外Sn・Bi系焊料含有较低的Sn含量，从而降低了高锡风险（如锡须）。但铤也带來其他的问题，包括其成分对合金机械特性的影响变化较大，容易产生低熔点问题（偏锡后会形成低熔点共晶），界面层不稳定导致可靠性较差，特别是Sn-Bi焊料在偏离共晶成分时由于熔程较大，在凝固过程屮易出现枝晶偏析和组织粗大化，加Z应力不平衡导致易剥离危害，以及自然供应不多、