下载
加入VIP
  • 专属下载特权
  • 现金文档折扣购买
  • VIP免费专区
  • 千万文档免费下载

上传资料

关闭

关闭

关闭

封号提示

内容

首页 无铅焊料的新发展

无铅焊料的新发展.doc

无铅焊料的新发展

田永远
2019-01-16 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《无铅焊料的新发展doc》,可适用于IT/计算机领域

无铅焊料的新发展前言锡铅焊料是电子组装焊接中的主要焊接材料以其优质的性能和低廉的成本一直被人们所重视。但众所周知铅及它的化合物是有毒物质人类如长期接触会给生活环境和安全带来较大的危害。其中铅对儿童的危害更大会影响其智商和正常发育。人类为避免这方面的问题限制使用甚至禁止使用有铅焊料的呼声越来越高。最终拥有悠久历史的传统型锡铅焊料将会逐渐被新的绿色环保型焊料所替代。如无铅汽油的广泛使用就是一个很好的范例。世界各国都纷纷开展无铅焊料的研究工作。特别是欧美、日本等一些发达国家在无铅化的研究和应用上非常重视已经走在世界前列。二十世纪末日本已有多家知名公司相继使用无铅焊料进行批量生产。Panasonic年月就开始在批量生产盒式收录机中使用SnAgBi(In)还有NEC、SONY、TOSHIBA、HITACHI等公司先后用无铅焊料进行批量生产同时都制定了全面推行无铅化的期限。无铅焊料的介绍传统锡铅焊料它是利用SnPb为锡铅低共熔点其共晶温度是℃与目前PCB的耐热性能接近并且具有良好的可焊性、导电性以及较低的价格等优点而得到广泛使用。无铅焊料是利用锡与其它金属如铜、铋、银等金属的合金在共晶点或非共晶点出现的共熔现象制成的焊料。作为锡铅共晶焊料合金的替代材料无铅焊料应该在融点、机械特性和物理特性等方面同锡铅共晶焊料合金接近且供应材料充足毒性弱并能在现有的设备中运用现有的工艺条件进行使用。无铅焊料的具体要求无铅焊料应该具备与锡铅体系焊料大体相同的特征具体目标如下:()替代合金应是无毒性的。一些考虑中的替代金属如镉和碲是毒性的其它金属如锑、铟由于改变法规的结果可能落入毒性种类。()熔点应同锡铅体系焊料的熔点(℃)接近不应超过℃。()供应材料必须在世界范围内容易得到数量上满足全球的需求。某些金属如铟(Indium)和铋(Bismuth)数量比较稀少只够用作无铅焊锡合金的添加成分。()替代合金还应该是可循环再生的如将三四种金属加入到无铅替代焊锡配方中可能使循环再生过程复杂化并且增加其成本。()机械强度和耐热疲劳性要与锡铅体系焊料大体相同。()焊料的保存稳定性要好。()替代合金必须能够具有电子工业使用的所有形式包括返工与修理用的锡线、锡膏用的粉末、波峰焊用的锡条、以及预成型(preform)。不是所有建议的合金都可制成所有的形式例如铋含量高将使合金太脆而不能拉成锡线。()合金相图应具有较窄的同液两相区。能确保有良好的润湿性和安装后的机械可靠性。()焊接后对各种焊接点检修容易。()电性好导热性好。无铅焊锡的发展现状通过长时间的研究锡被认定为是最好的基础金属因为锡的货源储备充足无毒害检修容易有良好的物理特性熔点是℃与其他金属进行合金化后融点不会很高。配比合金在得到接受前都必须考虑以下几种要求:()使用产品时的材料消耗情况。()产品制造过程中使用的能量情况。()产品处理后的重复使用性。()材料从制造到再生利用这期间的辐射情况。经过大量的比较后筛选出几种好的锡合金它们为铜(Cu)、银(Ag)、钢(In)、锌(Zn)、铋(Bi)、锑(Sb)。选择这些金属材料可在和锡组成合金时降低焊料的熔点使其得到理想的物理特性。目前电子业开发较为成功的几种合金体系如表所示。 表中得出的这几种与传统锡铅焊料物理特性相近的合金体系详细介绍如下:锡锌系(SnZn)在日本无铅化使用面很广锡锌系焊料是无铅焊料中唯一与锡铅系焊料的共晶熔点相接近的可以用在耐热性不好的元器件焊接上并且成本较低。但是在大气中使用表面会形成很厚的锌氧化膜必须要在氮气下使用或添加能溶解锌氧化膜的强活性焊剂才能确保焊接质量。而且润湿性差也不能忽视。用于波峰焊生产时会出现大量的浮渣。制成锡膏时由于锌的反应活性较强为保证锡膏的存放稳定性和增加它的润湿性会增添不少的麻烦。可以说此种焊料短期内不会得到推广。锡铜系(SnCu)焊料在焊点亮度、焊点成型和焊盘浸润等方面和传统锡铅焊料焊接后的外观没有什么区别。而且由于锡铜系焊料构成简单供给性好且成本低因此大量用于基板的波峰焊、浸渍焊适合作松脂心软焊料。有比锡铅焊料好的强度和耐疲劳性还有优于锡铅系焊料之处那就是在细间距QFP的IC流动焊中无桥连现象同时也没有无铅焊料专有的针状晶体和气孔可得到有光泽的焊角。在℃和℃的温度下焊接实验都很成功。锡银系(SnAg)焊料作为锡铅替代品已在电子工业使用了多年。它能在长时间内提供良好的粘力。在过回流焊时无需氮气保护浸润性和扩散性与锡铅系焊料相近并且锡银系的助焊剂残留外观比锡铅系的残留还要好基本无色透明。而且还在合金的电导率、热导率和表面张力等方面与锡铅合金不相上下。锡银铜系(SnAgCu)焊料可能将是锡铅焊料的最佳替代品它有着良好的物理特性。锡与次要元素银和铜之间的冶金反应是决定应用温度、同化机制及机械性能的主要因素。在这三元素之间有三种可能的二元共晶反应。在温度动力学上锡更适合与银或铜反应来形成AgSn或CuSn金属间的化合物。较硬的AgSn和CuSn粒子在锡基质的锡银铜三重合金中可通过建立一个长期的内部应力有效地强化合金。这些硬粒子也可有效地阻挡疲劳裂纹的蔓延。AgSn和CuSn粒子的形成可分隔较细小的锡基质颗粒。AgSn和CuSn粒子越细小越可以有效地分隔锡基质颗粒结果是得到整体更细小的微组织。这有助于颗粒边界的滑动机制因此延长了提升温度下的疲劳寿命。其中SnAgCul此种配制为最佳它良好的性能是细小的微组织形成的结果微组织给予高的疲劳寿命和塑性。对于%~%铜的焊锡合金任何高于大约%的含银量都将增加AgSn的粒子体积分数从而得到更高的强度并且不会再增加疲劳性。反之含铜量较高时造成疲劳性降低。在此种三重系统中%的铜%~%的银最有效地产生适当数量的、最细小的微组织尺寸的CuSn粒子从而达到最高的强度、可塑性和抗疲劳性。锡银铜系(SnAgCu)与传统锡铅系(SnPb)比较优势在于配比为~%Ag和%~%Cu的合金成分通常具有比SnPb更好的抗拉强度。锡银铜系(SnAgCu)与锡银系(SnAg)比较优势在于它的熔化温度为℃~℃比共晶的SnAg低大约℃。当与SnAg比较基本的机械性能时研究中的特定合金成分在强度和疲劳寿命上表现更好。锡银铜系(SnAgCu)与锡铜系(SnCu)的比较%~%Ag和%~%Cu的锡银铜成分合金具有较好的强度和疲劳特性但是塑性没有SnCu高。 图为锡银铜系焊料在部分元器件上测得的回流焊温度曲线。从图注意到SnAgCu能够达到的最低熔化温度为℃~℃这个温度还是太高要适用于现阶段SMT的电路板生产应低于℃的实际标准熔化温度。这个问题以后随着更深入的研究和实际应用会慢慢得到解决。应用过程中面临的挑战无铅焊料尽管具有非常光明的应用前景但在实际应用过程中面临诸多问题具体如下:()生产成本方面。无铅焊料一般比较昂贵其价格一般是有铅焊料的倍以上促使许多以成本为重点的工厂不愿意使用这门技术。除了焊料本身的材料成本外无铅焊接技术所带来的其它材料方面(如元件和基板)因要求的不同(主要在耐高温方面)也将会提高这些材料的成本且进一步提高总成本。不过这方面的问题不会像一般想象中的严重因为在许多情况下材料成本在整个生产成本中还只是一部分这方面因采用无铅焊接技术而带来的成本增加对整体生产成本的影响可能还是相当小的一个比重。()元件和基板方面的开发问题。目前无铅焊料发展的成果主要还是在焊料和工艺上元件和基板方面的开发有必要进行跟进使得这门技术可以真正推广开来比如在无铅焊接上推广的焊料中都需要较高的焊接温度(在回流温度中约高出传统锡铅焊料℃左右)这就需要在许多常用元件上确保其所用材料以承受较高的回流温度。另外如一些元件的端点材料采用的银钯镀层中的钯在和无铅焊料中的铋合成后会缩短焊点寿命的问题也必须由元件供应商来配合解决这些都还有待进一步的发展。()回流炉的性能问题。采用无铅焊料将提高焊接温度也使回流过程中产品上各点的温度要求高出许多。这意味着炉子的加热效率将会面临很大的挑战除了以红外线加热为主的炉子可能要被淘汰外对于许多加热效率设计不甚理想的炉子也会面临淘汰。这其实也意味着工厂中现有的某些炉子可能会不适合于使用在无铅焊接上用户在推行此技术前应该对此方面的问题给予考虑和评估。()生产线上的品质标准问题:采用无铅焊料生产线上的品质标准也可能会有些影响。这是因为无铅焊料与元件端点及焊盘润湿时可能形成不了像传统锡铅焊料光滑的焊接表面在焊点亮度、焊点成型和焊盘浸润等方面和传统锡铅焊料焊接后的外观有些差距在目视检查标准中也许有进行更改的需要。()无铅焊料的开发种类问题:无铅焊料的开发种类非常多至少超过种以上。比较后有约种至种被予以重视和推广的在无铅焊料的同意和认同上工业界仍然需要努力。这将可能是用户等待观望的原因之一。()无铅焊料对焊点的可靠性问题:某此焊料对产品焊点的可靠性(寿命)上的影响还缺乏足够的科学数据以致用户未能对此得到足够的信心。一些小同机构的研究成果也不完全同意。目前一些国际大机构和电子公司的联合研究项目中似乎都注重于SnAgCu方面的研究验证有关数据的出现可能是将来工业界决定采用哪类焊料的重要因素。结束语到目前为止满意的替代SnPb体系焊料的无铅焊料还没有出现已出现的无铅焊料都存住有这样或那样的问题。无铅焊料还需继续研究改进逐步提高性能以满足电子产品可靠性要求。但有一点可以肯定随着研究的进一步深入以及对环保的要求无铅焊料必将代替SnPb焊料。     无铅焊料的介绍一、无铅的背景(为什么需要无铅)◆世纪年代中叶日本和欧盟就已经作出了相应的立法。日本规定年在电子工业中淘汰铅焊料欧盟的淘汰期为年美国也在做这方面工作(年全面使用无铅产品)我们国家正在进行研究和开发无铅产品顺应时代潮流。◆电子产品报废以后PCB板焊料中的铅易溶于含氧的水中。污染水源破坏环境。可溶解性使它在人体内累积损害神经、导致呆滞、高血压、贫血、生殖功能障碍等疾病浓度过大可能致癌。珍惜生命时代要求无铅的产品。二、常用无铅焊料成份◆Zn可降低Sn的熔点若Zn增加高于后熔点会上升Bi跟着降低SnZn但随着Bi的增加其脆性也会增大。◆Zn可降低Sn的熔点若Zn增加高于后熔点会上升Bi跟着降低SnZn但随着Bi的增加其脆性也会增大。◆此类是目前最常用的一种无铅焊料,它的性能比较稳定,各种焊接参数特性接近有铅焊料。◆虽然In可使Sn合金的液相线和固相线降低但是它的耐热疲劳性、延展性、合金变脆性、加工性差等缺陷所以目前很少使用此配方。三、无铅焊料的特性◆vSnAgCu溶点(℃)较高高温(±℃)即可。◆无铅产品是绿色环保的先锋,有益人类身心健康,没有腐蚀性。◆比重略小,近次于锡的比重。◆流动性差四、无铅焊接需要面对的问题◆合金本身的结构使它跟有铅焊料相比比较脆弹性不好。SnZn合金的液相线和固相线的熔点会增高但随着Bi的质量数的增大焊料的熔化间隔即固液间隔增大所以Bi就会使合金熔点降低、脆性也比(有铅)增大。◆浸润性差只会扩张不会收缩SnAg系合金添加Cu时共晶点会改变。当Ag的质量分数增加、Cu增加约时产生共晶如果在合金添加In时将会造成提高合金微细化强度和扩张特性的同时表面会形成氧化膜所以浸润性稍差◆色彩暗淡光泽度稍。因为在无铅焊料的搭配中磷的元素限制了使用所以光泽度稍差,但并不影响其它质量问题。◆锡桥、空焊、针孔等不良率有待降低。此类缺陷多于有铅焊料但是并不是无法解决的问题。助焊剂的种类质量选购比有铅要严格预热器恒温要稳定。波峰的焊接时间、接触面、PCB板的温度如第一波峰焊接时间S接触面积mm第二波峰焊接S接触面积为mm左右板面温度不能超过℃以上。所以无铅焊料对于设备性能要求高特别上双波峰的距离如果设计很近会造成板面的温度,增高损坏元件和增加了助焊剂挥发锡桥等缺陷产生过多现象。     

用户评价(0)

关闭

新课改视野下建构高中语文教学实验成果报告(32KB)

抱歉,积分不足下载失败,请稍后再试!

提示

试读已结束,如需要继续阅读或者下载,敬请购买!

文档小程序码

使用微信“扫一扫”扫码寻找文档

1

打开微信

2

扫描小程序码

3

发布寻找信息

4

等待寻找结果

我知道了
评分:

/8

无铅焊料的新发展

VIP

在线
客服

免费
邮箱

爱问共享资料服务号

扫描关注领取更多福利