无铅焊接可靠性讨论及过渡阶段有铅、无铅混用应注意的问题

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1、3-无铅焊接可靠性讨论及过渡阶段有铅、无铅混用应注意的问题（参考：[工艺]第20章）顾霭云“无铅焊接技术”从有铅产品转到无铅产品是个复杂的过程，涉及到：焊接材料（无铅合金、助焊剂）电子元器件印制板（材料、镀层）无铅制程可靠性成本等方面的挑战内容一．目前正处于从有铅产品向无铅产品过渡的特殊阶段二.从无铅焊接“三要素”分析无铅焊接的特点三．关于过渡时期无铅产品长期可靠性的讨论四.有铅/无铅混合制程分析(一)再流焊工艺中无铅焊料与有铅元件混用(二)再流焊工艺中有铅焊料与无铅元件混用(三)无铅波峰焊必须预防和控制Pb污染五.有铅/无铅

2、混用应注意的问题及应对措施一．目前正处于从有铅产品向无铅产品过渡的特殊阶段1．无铅焊接势在必行，不可逆转2．2005年底前无铅工艺遇到有铅元件问题比较多3．2006年中后有铅工艺遇到85％以上无铅元件4．获得豁免的电子产品，同样遇到了无铅元件5．有铅、无铅混用影响焊点可靠性吗？6．过渡阶段应注意那些问题？现状初期现阶段二.从无铅焊接“三要素”分析无铅焊接的特点(一)无铅焊接“三要素”无铅焊料合金PCB焊盘元件焊端表面镀层1.目前应用最多的无铅焊料合金目前应用最多的用于再流焊的无铅焊料是三元共晶或近共晶形式的Sn-Ag-Cu焊料

3、。Sn(3~4)wt%Ag(0.5~0.7)wt%Cu是可接受的范围，其熔点为217℃左右。美国采用Sn3.9Agwt%0.6wt%Cu无铅合金欧洲采用Sn3.8Agwt%0.7wt%Cu无铅合金日本采用Sn3.0Agwt%0.5wt%Cu无铅合金低Ag(0.5~1.0)wt%的Sn-Ag-Cu用于波峰焊Sn-0.7Cu-Ni焊料合金用于波峰焊。其熔点为227℃。手工电烙铁焊大多采用Sn-Cu、Sn-Ag或Sn-Ag-Cu焊料。2.PCB焊盘表面材料有铅无铅Sn/Pb热风整平（HASL）无铅HASLNi/Au（化学镀Ni和浸镀

4、金ENIG，俗称水金板）Ni/AuCu表面涂覆OSPCu表面涂覆OSP浸银（I－Ag）浸银（I－Ag）浸锡（I－Sn）3.元器件焊端表面镀层材料有引线元件引线材料有引线元器件焊端表面镀层材料无引线元器件焊端表面镀层材料有铅无铅有铅无铅CuSn/PbSnSn/PbSnNiNi/AuNi42号合金钢Ni/Pd/AuNi/Pd/AuSn/AgSn/AgSn/Ag/CuSn/Ag/CuSn/Ag/BiSn/Ag/BiSn/Bi(二)无铅焊接的特点高温工艺窗口小润湿性差Sn63Pb37与SnAg3.8Cu0.7性能比较合金成分密度

5、g/mm2熔点℃膨胀系数×10-6热传导率Wm-1K-1电导率%IACS电阻系数MΩ-cm表面张力260℃mNm-1Sn63Pb378.518323.95011.515481SnAg3.8Cu0.77.521723.573.215.611548浸润性差应对措施：改良助焊剂活性修改模板开口设计提高印刷、贴装精度无铅焊点的特点浸润性差，扩展性差外观粗糙气孔较多缺陷多LeadFreeInspectionLeadFreeSolderPasteGrainySurface表面粗糙LeadedSolderPasteSmooth&Shi

6、nySurface表面光滑、光亮WettingisReducedwithLeadFreeStandardEutecticSolderJointLeadFreeSolderJointTypicalGoodWettingVisibleFillet润湿好ReducedWettingNoVisibleFillet润湿减少焊缝起翘扰动焊点热撕裂与收缩孔无铅焊点外观粗糙不是缺陷是Sn-Ag-Cu合金凝固特性Sn-Ag-Cu合金凝固特性导致无铅焊点颗粒状外观粗糙非平衡状态凝固：Sn先结晶，以枝晶状（树状）出现，中间夹Cu6Sn5和Ag3S

7、n。Sn-Ag-Cu结晶组织Sn-Pb37共晶组织Sn-Pb结晶彼此都能在某种程度上固溶对方的元素。结晶的形状比较规则，因此外观比较光滑三．关于过渡时期无铅产品长期可靠性的讨论长期可靠性没有定论是高可靠产品获得豁免的主要原因之一高温损坏元器件高温损坏PCB基材锡须空洞、裂纹金属间化合物的脆性无铅产品长期可靠性问题影响无铅产品长期可靠性的因素：高锡、高温、工艺窗口小、润湿性差、材料相容性问题设计、工艺、管理……机械震动失效热循环失效焊点机械强度电气可靠性⑴高温－损伤元器件高温影响元器件封装的可靠性由于传统表面贴装元器件的封装材料

8、只要能够耐240℃高温就能满足有铅焊料的焊接温度了，而无铅焊接时对于复杂的产品焊接温度高达260℃，因此元器件封装能否耐高温是必须考虑的问题了。塑封元器件开裂失效的例子高温影响器件内部连接的可靠性受潮器件再流焊时，在器件内部的气体膨胀使邦定点的根部“破裂”跟部断裂FC-BGA