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标题: 关于有铅无铅搭配的微观论证

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yuxingling
No.: 039339

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楼主说: 关于有铅无铅搭配的微观论证

大家都看的比较表面了,其实我们的炉温设置都是位于有铅与无铅之间.一般峰值是在230-235度.
但是也许各位没有考虑到以下几点对焊接的影响:
1.用有铅焊料搭配无铅芯片,ＰＢ浓度会变化就是一个问题．ＰＢ浓度对焊接强度的影响可是很大的啊　８％，　　　１１％３０％是完全不　一样的．
２．当你熔融时间拉长和温度生高同时有没有考虑有铅焊料助焊剂失效问题？锡液老化问题，毕竟有铅和无铅的老化系数不一样的，有铅一般为０．８３，无铅也就是０．７．
３．你是否考虑过此种混合情况下ＩＭＣ的组成与强度如何，微观的组织很重要的．如果焊接强度较差，那么在过ＷＡＶＥ　ＳＯＬＤＥＲＩＮＧ　时由于热应力作用（特别ＰＣＢ局部材质密度不均匀情况下）很容易弯曲，最终可造成空焊．．．．．等等很多微观的因素也许你没有考虑，不是单单的调试温度．做ＰＲＯＣＥＳＳ需要很丰富的知识，很广的知识面才可以，工艺无止境．

本贴包含附件：铅浓度对焊接的影响
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本贴包含附件：有铅和无铅搭配的微观构造
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※ 本文由 yuxingling 发布于SMTHome.Net 未经允许，请勿擅自转载！※

2006-04-13 22:44

yuxingling
No.: 039339

everybody can release your point ,if what i sad is not right ,please tell me .

※ 本文为 yuxingling 个人意见，不代表SMTHome.Net立场 ※

2006-04-14 19:12

panda-liu
No.: 002622

级别: VIP


	LZ能否解释一下有铅和无铅的老化系数...为什么不一样，还有ＰＢ浓度在产品什么情况下显现它的危害...，谢谢。

※ 本文为 panda-liu 个人意见，不代表SMTHome.Net立场 ※

2006-04-15 18:15

yuxingling
No.: 039339

1.老化系数温度业界以150度为基准,有铅熔点一般为183度,150/183大概就是0.83了,无铅的为150/220大概为0.7.这是实验室的一般算法.

2.PB浓度一般以焊料或锡球.PAD喷锡时的PB浓度变化而变化,不过锡球的可能性比较小了.主要是喷锡时的浓度变化.

※ 本文为 yuxingling 个人意见，不代表SMTHome.Net立场 ※

2006-04-15 21:53

panda-liu
No.: 002622

级别: VIP


	无铅与锡铅再流的冷却率——Denis Barbini and Ursula Marquez 　　摘要：完全可控、增强的再流工艺对焊点质量的影响，一直是众多研究的热门话题，当今人们已充分了解采用共晶锡 / 铅作为互连合金的工艺。然而，有关无铅合金，许多问题还没有答案。　　当前的强制对流再流炉被设计成能够稳定、均匀地控制加热工艺。通常不对控制冷却对焊点质量和合格率的影响进行评估。传统上，电子组件的冷却强调板子的移出温度和再流后的板子加工。研究表明，冷却率会影响焊点微结构的形成，进而影响焊点质量。有关提高冷却率的好处包括降低移出温度、缩短板子处在高温下的时间和减少热敏元件和焊剂 / 焊膏曝露于较高温度下。反之，由于各种材料的热膨胀系数（ CTE ）或热性能的差异，缓慢地冷却会降低内应力。在实施无铅合金再流焊接时，应充分考虑下面几个因素的影响： ·液相时间（ TAL ）对金属间界面生长和焊点剪切强度的影响； ·冷却率对焊点强度和金属间成形率的影响； ·线性和升温 - 浸渍 - 峰值曲线的影响； ·不同表面涂覆材料对焊点剪切强度的影响； ·老化对焊点剪切强度的影响。　　为了概括以无铅合金作为互连材料的电路组件上实施无铅再流的冷却工艺的特性，专门实施了一项实验。同时采用修改后的曲线组装锡铅样品，以此作为对比基线。该实验的主要目的是研究冷却率对焊点成型、焊点的剪切强度和微结构形成的影响。采用现代强制对流炉的典型板子上观察到的冷却率特性，对于确定实际生产中温度曲线特性的窗口是至关重要的。最后开发出两个温度曲线，用以概括冷却率的范围。结果列在表 1 中。实验使用了一块标准板子，并对最高温度和最低温度的元件进行了监控。表 1 　　　　　　　　　冷　　却　　率　　结　　果　　　　　倾斜范围 ℃ /sec　TAL 范围 sec　　δ T ℃ 快速冷却　-2.7 　　-3.6 　　　　43 　　60 　　　7.2 慢速冷却　-1.2 　　-1.9 　　　　55 　　68 　　　6.7 　　实验使用了 FR-4 测试板，分别采用了 3 种不同的表面涂覆材料：有机铜可焊性保护涂料（ Cu-OSP ）、浸锡（ Imm/Sn ）和化学镀镍浸金（ ENIG ）。通过施加为无铅工艺设计的免清洗粘性焊剂，将 95.5Sn/3.8Ag/0.7Cu 和 63Sn/37Pb 焊料球粘附于板子上。用微分扫描热量计（ DSC ）模拟通常的生产温度曲线。进行分析的参数包括：无铅下峰值温度 245°C 、锡铅样品峰值温度 210°C 开始的冷却率、 TAL 分别为 60 或 90 秒的影响，温度曲线类型，线性（ L ）或升温 - 浸渍 - 峰值（ RSS ）等。最快的冷却率大约为 -2.5°C /sec ，而最慢的冷却率为 -0.5°C /sec 。接着对样品进行剪切测试、横剖面、 SEM 分析和老化研究，从而概括出上述影响的特性。　　一旦将试样安装好，就用 Instron 仪器测量焊点的剪切强度。载入单元的最大容量为 100 N ，实验速度为 0.5 mm /min 。剪切测试步骤依据 JEDEC 标准 JESD22-B117 。每一组件类型总共有 16 个焊料球分别进行剪切，动态积聚起切断的最大力量。另外，还横截每类组件的代表试样，使用金相显微镜和电子扫描显微镜 (SEM) 分析微结构的演变和 (SEM) 金属间化合物成型。　　进行老化研究时，采用的是 Cu/OSP 表面涂层和 SAC 及 Sn/Pb 焊料球的试样。应用模拟 RSS 温度曲线组装样品，每种材料的 TAL 都是 90 秒，冷却率或快或慢。然后，在 125°C 的恒温下对样品进行 500 小时的老化处理。每一再流曲线组装的焊料球为 20 个。　　方法　　按一定尺寸和形状要求将试样切割开，使其适应氮气氛下 DSC 操作下炉子的需求。基板材料是由强化玻璃、四功能化合物 FR-4 环氧树脂组成的，玻璃传送温度为 175°C ，厚度为 0.81 mm 。焊盘是由非焊料掩膜确定的，直径为 0.56 mm 。　　在每种无铅和锡铅组装中都模拟了 8 种再流曲线。通过用 UV 可固化胶粘剂将 Omega K 型热电偶粘接到试样的上表面，再流曲线生效。使用常规方法制造的小型模板和手工刮刀将焊剂印刷到焊盘上。用细镊子手工将焊料球安置在焊盘上。该研究选用了 63Sn/37Pb 和 95.5Sn/3.8Ag/0.7Cu 焊料球，直径为 0.76 mm 。各试样上都使用了四种焊料球。　　实验结果　　正如有关焊点的 JEDEC IPC-STD-020B 标准所确定的那样，无铅再流工艺的窗口已经很窄。通过识别和分离出再流参数，可以分析出其对焊点成形的影响，成功实现无铅制造工艺。本实验确定了开发无铅组装的综合工艺时需要加以考虑的几个关键因素：　　· 对于无铅样品，较慢的冷却率会增加 Ag 3 Sn 和 Cu 6 Sn 5 （浸 Sn 或 Cu/OSP ）或 Ni 3 Sn 4 （ ENIG ）金属间化合物的形成（见图 1 和图 2 ）。它们会在焊料块和焊盘－焊料界面间形成。因此，较快的冷却率会降低这些金属间化合物形成的速率。在这两种冷却率条件下，都存在着不均匀的焊盘－焊料金属间化合物结构。　　图 1 和图 2 无铅样品的较慢冷却率表明 Ag 3 Sn, Cu 6 Sn 5 ( 浸 /Sn 或 Cu/OSP) 或 Ni 3 Sn 4 ( ENIG) 金属间化合物形成增加。　　· 对于锡 / 铅样品，表现有异有同。当冷却率从 -2.5°C /sec 变成 0.5°C /sec 时，微结构从均质向离散变化，这与无铅样品相同（见图 3 和图 4 ）。而它缺少焊料块金属间化合物及焊盘 / 焊料界面的均匀金属间化合物层的形成，这一点与无铅样品不同。　　图 3 和图 4. 锡铅与无铅表现相同的地方是，在冷却率从 -2.5°C 向 0.5°C /sec 变化时，微结构从均质向离散变化。而锡铅缺少焊料块金属间化合物及焊盘 / 焊料界面的均匀金属间化合物层的形成，这一点与无铅样品不同。 ·焊盘界面的金属间化合物的厚度增长与 TAL 和老化过程成正比。经 500 小时老化后，与计时起点相比较，在 -2.5°C /sec 下冷却的锡铅样品金属间化合物层增长 93% ，而无铅样品金属间化合物层仅增长 13% 。当将这两种合金进行比较时，与老化后的锡 / 铅组件比较，无铅金属间化合物层增加了 50% 。 ·对于锡 / 铅组件，其金属间化合物的特性体现为 -2.5°C /sec 冷却率下薄薄的、均匀的 1.5 μm 厚层。而对于无铅组件，其金属间化合物的特性体现为平均厚度为 3.8 μm 的非均匀层。这说明与使用锡 / 铅样品的相同条件比较，无铅样品增加了 153% 。 ·不管锡 / 铅还是无铅样品，正如在涂覆有 Cu-OSP 板子的样品的剪切测试中所观察到的那样，较快的冷却率能形成更牢固的焊点，而 ENIG 板子所观察到的结果却正好相反。对于浸 /Sn 板子，不能进行直接比较，因为剪切测试的故障模式是焊盘抬起，不同于浸 /Sn 板子的故障模式（延伸故障）。 ·在 125°C 下进行的老化研究结果是剪切强度值下降。焊盘界面上的焊盘粘附、焊料迁移（粗化）及金属间化合物的厚度增加，会影响剪切强度。经老化后，在 -2.5°C /sec 的冷却率下，锡 / 铅和无铅样品的剪切强度中位数分别降低 23% 和 17% 。　　结论　　温度曲线类型，线性加热升温 vs.RSS ，并不是最终焊点形成的主要因素。这一发现使得在开发无铅温度曲线时出现了各种意见。总的来说，焊点形成及最终质量主要取决于所有的再流工艺参数，特别是焊剂曲线的兼容性。（Denis Barbini, Ph.D., Vitronics Soltec 公司先进技术经理， Ursula Marquez , Vitronics Soltec 公司工艺与研究工程师，联系方式： (603) 772-7778; e-mail: info@us.vitronics-soltec.com.） http://www.ichina2008.org/chinasmt/gongyishebei/06040501.htm [ 此贴被panda-liu在2006-04-16 15:45重新编辑 ]