新一代绿色电子封装材料

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1、新一代绿色电子封装材料

2、第1摘要：随着环境、健康问题成为全球的关注焦点，电子封装材料和工艺面临着向“绿色”转变的挑战。本文讨论了电子封装无铅材料、无铅涂层、印制电路敷铜基板阻燃剂、环保型清洗的研究状况。并指出了进一步开发要注意的问题和方向。关键词：无铅焊料、阻燃剂、绿色清洗TheNeentandhealthbecamemoreandmoreseriouslyconcernedglobally,theelectronicpackagingmaterialandprocessfacethechallengeofcha

3、ngeoverto“green”.Thispaperrevieinateflameretardantsandenvironment-protectingcleaningresearchstatus.Thenpointsouttheconsiderationsaseretardants,environment-protectingcleaning引言随着电子封装材料和技术的更新换代，人们在追求产品的高性能同时，更注重它的无毒、绿色、环境友好等特点。于是出现了很多相关提议和法规[1]，要求限制和禁止电子行业中使用某些

4、损害环境和健康的材料。这些材料包括铅、含卤阻燃剂、氟利昂等等。在市场、环保、法律等因素的约束和推动下，国内外的各种组织、科研机构和公司对电子封装绿色材料的研究与开发日益活跃[2,3]。1无铅焊料传统锡铅焊料虽然有很多优点，但是铅溶入地下水后，会对人类和环境有极大的毒害；而且它还存在剪切强度低、抗蠕变和热疲劳性能差等不足，无法满足环保和高可靠性的需求。于是研究开发无铅焊料是近年来比较热门的方向，很多组织和公司纷纷推出系列禁用提案、环保产品。在欧洲，iniDiskplayer商品。在北美，NotelNeti.org）

5、。英国国家物理实验室（NPL）的无铅研究报告（.npl.co.uk/npl/ei）、国际电子互连协会（IPC）的无铅计划（.pb-free.org）、某些无铅网站（.pb-free.）等。其中无铅焊料的开发基本上围绕着Sn/Ag/Cu/In/Bi/Zn二元或多元系合金展开。设计思路有：以Sn为基本主体金属，添加其它金属，使用多元合金，利用相图理论和实验性能分析等手段，开发新型合金。目前，对无铅焊料研究较多的几个方面有：1.熔化温度范围。　封装互连中涉及锡铅合金的有三种基本类型（图1），表1是应用锡铅和无铅合金所要

6、求的工艺温度（一般高于焊料熔化温度的20~30℃）。晶片、芯片、模块、板卡的材料和结构等对温度都有一个敏感范围，另外高温会导致元件、板卡涂层金属的溶解迅速，加快金属间化合物的生长和焊点失效。温度的升高，使焊接工艺窗口变窄，损坏元件和板卡的可能性剧增。例如第3类型互连中，PCB（FR4）和元件的最高耐受温度分别为240℃和235℃。无铅合金的温度一般不得超过215℃，否则，元件的爆米花效应和分层等热破坏问题就会很突出。美国国家制造科学研究中心（NCMS）经过三年多的信息收集和研究，推荐了79种低、中、高温不同用途的

7、无铅焊料[4]，认为42Sn58Bi（139℃）、91.7Sn3.5Ag4.8Bi（210－215℃）和96.5Sn3.5Ag（221℃）综合性能较好，适合于不同要求的SMT应用。2.机械、热疲劳性能：Hmo对全球工业无铅合金也做了相关研究[9]，建议基本合金为SnAgCu系；而SMT使用SnAgBi系；波峰焊则使用SnCu系。2电路板和元件无铅涂层电路板涂层一般使用传统的63Sn37Pb热风平整（HASL）工艺。而Ni/Au涂层和可焊性有机涂层（OSP）也有较长的历史。工业界对无铅涂层及其可焊性进行了透彻的研究

8、[1,11,12]，表明无铅合金涂层的制备与原来的相比，其工艺没有或者只有很小的变化。一般说来，无铅合金在OSP上性能更好，但是在锡、银或者钯等金属涂层上可以提高可焊性。虽然金在高锡合金中的溶解速率较快，但是金涂层厚度很小，溶解速率对焊点中金的成分没有影响，而且无铅合金可以包含一定量的金而不会发生象铅锡合金那样的脆性问题。比较有希望的涂层选择有[12]：苯并三氮唑或者苯并唑唑OSP、浸镀Ag、浸镀Au/电镀Ni、热风平整Sn/Cu、Sn/Bi、化学镀Pd/化学镀Ni、化学镀Pd/Cu、Sn等。元件表面无铅涂层也有

9、很多选择[2,13,]，如：Pd/Ni、Sn、Au、Ag、Ni/Pd、Ni/Au、Ag/Pt、Ag/Pd、Pt/Pd/Ag、Ni/Au/Cu、Pd以及NiPd等。Pd涂层的元件的性能和SnPb涂层的相当甚至更好，这是因为Pd比Au在高锡合金中的溶解速度大，但是其电镀却存在一定困难。Ag/Pd镀层可能因为Ag向合金中扩散而在焊点中形成空位，所以正在被Sn/Ni取代。其它的含