电子封装用无铅焊料的最新进展
无铅焊料十温区回流焊过程的仿真研究
实验方法
实验采用的材料包括无铅焊料、基板、散热片等，设备包括回流焊炉、温度测 试仪和显微镜等。实验流程为：首先对基板进行预处理，然后在基板上放置无 铅焊料，最后将基板送入回流焊炉进行焊接。实验过程中，通过温度测试仪对 回流焊过程中的温度进行实时监测，并采用显微镜观察焊料浸润和界面反应情 况。实验结果通过图像处理和数值分析等方法进行处理和验证。
研究现状
目前，国内外研究者针对无铅焊料十温区回流焊过程进行了大量研究。实验设 计方面，研究者通过合理规划焊接工艺参数、优化焊料成分和改进焊盘设计等 手段，提高了无铅焊料的焊接性能和可靠性。数据处理方面，研究者利用图像 处理、模式识别和数值模拟等方法，对回流焊过程中的温度场分布、焊料浸润 行为和界面反应等进行深入研究。
系统设计
多温区无铅回流焊炉控制系统的主要设计思路是将回流焊炉分为多个温区，每 个温区独立控制温度，实现不同工艺要求的温度曲线。系统的架构主要由硬件 和软件两部分组成。硬件部分包括温度传感器、加热器、冷却装置、运动控制 系统等；软件部分则负责数据处理、温度控制、炉内物料运输等。
为实现多温区无铅回流焊炉控制系统的设计目标，我们采用了以下关键技术：
仿真分析方面，研究者采用有限元法、有限差分法等数值模拟方法，对无铅焊 料十温区回流焊过程进行建模仿真，取得了丰富的研究成果。
关键技术
无铅焊料十温区回流焊过程的关键技术包括温度场建立、热量传输模拟和焊料 浸润等。首先，建立精确的温度场模型是回流焊仿真的基础。研究者需考虑材 料热物性参数、加热装置布局和热量损失等因素，对模型进行精确求解。其次， 热量传输模拟需要通过对流、传导和辐射等过程的综合考虑，模拟焊料在回流 焊过程中的热量传递行为。最后，焊料浸润涉及到焊料的物理化学性质、界面 张力等因素，需要采用适当的模型对浸润过程进行模拟。
电子元器件封装无铅化及其发展趋势
【 关键字１ 元器 封装；无 件； 铅化； 焊料； 胶 导电
０６ 月１ １ 、电子元器件无铅化势在必行 不惜 二次 污 染 ，是 包括 铅 在 内的 有 害 在２ ０ 年的７ 号前实施无铅工艺，
所 所 有 的出 口产 品也 就 要 达 到 欧 Ｉ 关 ＊ Ｈ 焊 料 的 使用 历 史悠 久 ，从 古 罗马 物 的 重 要 来 源 。 图 １ 示 为 铅 的 一 系 指令的标准 。但是 ，我国在无铅焊接 用铅锡焊接 水管引水，到现代 电予工 列污 染 问题 “。 业 中 元器 件 的焊接 封 装 ，均 离 不 开 焊 为此，世界各 国已制定法律来控 技 术 及 其材 料 的研 究方 面还 较 落 后 ， 料 的 使 用 。据 统 计 ， 全 世 界 每 年 有 制 铅 等 有 毒 物 质 的 使 用 ， 欧 盟 于 虽然 已在进行相关研究，但基本是处 ０２ ０ Ｅ Ｅ Ｗ ｓ ｅ １ ２００￣铅 用 于 电子 行业 ，其 中 铅 锡 ２ ０ 年 １ 月 完 成 的 Ｗ Ｅ （ ａ ｔ Ｅ 一 于 采 用 国外 材 料 和 工 艺技 术 的应 用 性 ０ ０， 焊 料 中的铅 是较 大 片 项 。 ｊ
（｝Ｓ） 金 同 时 具 有 低 成 本 与 适 当 ｝一 ｎ合 ） ］ 性 质 ， Ｐ— ｎ 锡 合 金 一 直 被 用 于 焊 NhomakorabeaｂＳ 焊
（ｅ ｔ ｉｔ ｏ ａ ａ ｄ ｕ Ｓ ｂ ｔ ｎ ｅ Ｒ ｓ ｒ ｃ ｆ Ｈ ｚ ｒ ｏ ｓ ｕ ｓａ ｃ ，
策划和组织 。面临 曰本 、美 国和欧
系统 紊乱、神经和 身体发育迟缓 ，会
在世 贸组 织 原 则下 ，市场 准 入 门
做 了 大量 的 准 备 工作 ，相 对 来说无 铅
对 肾脏形成中毒性 肾病 、对血红蛋 白 槛 的环保法令将直接影 响各 国的产品 元器件是 目前无铅化 比较薄弱的一个 指 ｑｏ６ 形成障碍 ，最后导致贫血，铅 中毒特 进 出 口额 。欧 盟 的 《 令 》￣ ２ｏ 年 环 节 ，随 着 世界 电子 制 造 业 向 中 国 的
无铅焊料研究报告综述
无铅焊料研究报告综述无铅焊料是一种替代传统有害铅族元素的焊接材料。
由于铅的毒性和环境污染问题，无铅焊料的研究和应用已经成为焊接领域的一个热门话题。
本综述将对无铅焊料的研究现状进行概述，并讨论其应用前景。
一、研究背景无铅焊料的研究起源于对铅的环境和健康问题的关注。
传统的铅焊料在焊接过程中会释放出有害物质，对人体健康和环境造成潜在风险。
随着环境保护意识的提高，研究人员开始寻找无铅的替代品，以减少对环境和人体的伤害。
二、无铅焊料类型目前，无铅焊料的研究主要集中在两个方面：无铅钎料和无铅焊丝。
无铅钎料是一种用于电子元器件和微电子封装的焊接材料，其主要成分是镍，银和锡等无铅合金。
无铅焊丝则适用于半导体和电子组件的焊接，广泛用于电子设备制造和汽车行业。
三、无铅焊料的特点与传统的铅焊料相比，无铅焊料具有以下几个显著的特点：1.环保：无铅焊料不会释放有害的铅元素，对环境和人体健康无毒害性，符合环保要求。
2.可靠性：无铅焊料能满足组件焊接的可靠性要求，其焊缝强度和抗热冲击性能优于传统铅焊料。
3.经济性：由于铅焊料的成本逐渐增加，无铅焊料因其可再生性而具有更低的成本。
四、无铅焊料的研究进展在无铅焊料的研究中，研究人员主要关注材料的性能和工艺优化。
针对无铅钎料，目前的研究主要集中在改善焊缝强度和抗热冲击性能，提高焊接质量。
而对于无铅焊丝，研究人员主要致力于提高其润湿性和可焊性，以满足高要求的焊接工艺。
五、无铅焊料的应用前景随着环保意识的提高和环境保护法规的加强，无铅焊料将逐渐取代传统铅焊料成为焊接领域的主流材料。
虽然无铅焊料在性能和工艺上仍存在一些挑战，但其广泛应用的前景是十分乐观的。
尤其是在电子设备制造、汽车行业和航空航天等高端领域，无铅焊料将成为必备的焊接材料。
六、总结无铅焊料的研究和应用是一个具有重要意义的课题。
其环保性和可靠性使得无铅焊料成为未来焊接材料的重要发展方向。
然而，目前研究仍面临一些挑战，如材料性能和工艺优化等。
与软焊料无铅化对应的电镀技术的现状
１使 用无铅焊料 的 电子元件 电镀 的
种 类
无铅 焊料 对 应 的 电镀 的种 类 因组 装元 件 而 异 。以 下 ，对 主要 的组 装元件 的 无铅 电镀 进行 说 明 。此外 ，假设 这 些 电镀 是 在 作 为无铅 焊 料 采 用 Ｓ — ｇ ｎＣｕ Ｓ — — ｎＡ 、Ｓ — 和 ｎＡｇＣｕ系 无铅焊 料 的
镀Ｐ ｄ和镀 Ｐ ／ ｄＡｕ适用 于 Ｃ１４等 Ｃ ９ ｕ系 引线框 架 ，但是 对 于 ４ ２合 金等 Ｆ ｅ系 引线框 架 ，由于
存 在腐 蚀 问题而 不适 用 。而 且 ， 存在 Ｐ 还 ｄ自身 价格 高的 问题 。作 为 Ｓ ｎ系合 金焊料 镀 ，正在 研
为标 准 的无铅 焊料使 用 Ｓ 一ｗ％Ａｇ０５ ％Ｃｕ ｎ３ ｔ 一． ｗｔ 。
太 大变化 。图 １表 示 日本 电子工 业振 兴协会 对
铅 电镀的调查结果。半导体元件的 电镀 ，在 日
本 多 为 Ｓ － ｉ 金焊料镀 ，在欧 美则 以镀 Ｓ ｎＢ 合 ｎ为
这个计 划 的 目标 是确 定 无铅 焊料 的 各种 试验 方
法 。０３年 ６月 ２ ２０ ０日制定 了无 铅焊料 试验 方法
＜Ｉ １ ８ 。而且 ， 日本 电子工 业振 兴协会 ＜ ＳＺ ３ ９ ＞ Ｊ ＞
的焊料 。 ｎＢ 合金 的共 晶成 分是 Ｓ 一８ ｔ ｉ ｓ —ｉ ｎ５ ｗ ％Ｂ ， 这样 多 的 Ｂ 含量使 合 金膜 变脆 ，电镀 后 的引线 ｉ
论 述 了与 无 铅焊 料 对应 的 电镀 技 术 的现状 和 课
题。
限制 。从 ２０ ０ ６年 ７月 １日开始 ，在欧盟 范 围内 铅 等有 害物 质被 完 全 禁止 使用 。因此 ，用含 铅
的软焊 料组 装 的 电子 电器 设备 被 禁止 向欧盟 出 口。而且 ， 日本 的 电子情 报 技术 产 业协 会 表示
无铅焊料的新发展
２ ２７
兀铅焊料应该具 备 锡铅体系焊料大体相 同的特 ｝ ， 具体 目标 如 下 ： ｉ ｌ
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
别是 欧美 、日本等 一些 发达 国 家在无 铅化 的研究 和
收稿日期： ０ ５０ －５ ２０ －８０
一
６一
维普资讯
鲜 飞 ：无铅焊 料的新发爬
．
ｌａ －ｒ ｅｓ ｌ ｅ ｓ ｅ ｉｌｙ ｉ ｅ ｅ ｔ ａ ｓａ ｅｉ ｔｏ ｕ ｅ ｅ ｄ ｆｅ ｏ ｄ ｒｅ ｐ ｃａｌ ｎｒ ｃ ｎ ｒ ｒ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ，ｔ ｅｄ ｓ ａ ｉ ｅ ｗｅ ｎｃ ｒｅ ｔ ｖ ｌ ｐ ｄ Ｌｅ ｄ ｆｅ ｙｅ ｈ ｉｐ ｒｔ ｂ ｔ ｅ ｕ ｒ ｎ ｅｏ ｅ ａ —ｒ ｅ ｙ ｄｅ
世 界各 国都纷 纷 开展无铅 焊料 的研 究工作 。特
２ 无铅焊料的介绍
传 统锡 铅焊料 ，它是 利用 Ｓ ６ Ｐ ３ ｎ ３ｂ ７为锡 铅低 共 熔 点 ，其 共 晶温度是 ｌ ３ ，与 目前 Ｐ Ｂ 的耐热性 ８℃ Ｃ
能 接近 ，并且 具 有 良好 的可焊 性 、导 电性 以及 较低
需进 一步加 强研 究与开发 。
关键 词 ： 焊接 ；无 铅 焊 料 ； 电子 组 装
中图分类号 ：Ｔ ０ ． Ｎ３ ５９ ４
文献 标识 码 ：Ａ
文章 编号 ：１ ８ －０ ０ （ ０ ６） ４０ －４ ６ １１ ７ ２ ０ ０ －６０
Ｔｈ ｗ ｖ ｌ ｐｍ ｅ Ｌｅ ｄ－ｒ ｅ Ｓｏ ｄｅ ｓ ｅ Ｎｅ Ｄｅ ｅ ｏ ｎｔｉ ｎ ａ ｆ ｅ ｌ ｒ
应用 上 非常重 视 ，已经 走 在世 界前 列 。二 十世 纪末
无铅化挑战组装和封装材料
无铅化挑战组装和封装材料用镂板印刷或电镀制作的晶圆凸点，显示了无铅在倒装芯片和芯片级封装和组装领域的可行性。
无铅是90年代末期发自日本的信息，而今已经被欧洲联盟以严格的法律加以响应。
铅的毒性已经广为人知，人们虽然仍在争论电子元件中的铅是否真的对人类和环境造成威胁，但人们已经更为关注废弃的电子器件垃圾中铅的渗透并产生的污染。
另外，含铅器件的再利用过程中有毒物质的扩散也是一个关注的热点。
大多数可行的替换方案并不是类似于铅毒性的威胁，而是对环境的其它负面影响，例如，高熔点意味的高能耗。
当然，使用先进的设备和新的回流焊温度设置在某种程度上也许有可能得到高熔点低能耗的效果。
另外，如果用含银的材料来替代铅锡焊料，会产生另一个负面的对生态环境的影响，那就是需要大量开采和加工贵重的金属矿石。
立法规定最后期限历经了数年的磋商和议论之后，现在有25个欧洲联盟成员国，已经在执行禁止在电子器件中使用铅的法律。
2006年7月1月开始，所有用于欧洲市场的电子产品必须是无铅的，包括信息和通讯技术设备、消费类电子、家用电器等等。
该项法律也规定了多项例外。
用于服务器、存储器、以及特种网络设施的焊料，到2010前仍然可以含铅。
另外，含铅量超过85％的焊料也不在此项规定之列。
欧洲委员会还在启动一项针对更多免责的评估，比如用于高端PC处理器的倒装芯片封装的互连中的含铅焊料。
大多数这种互连是将高度含铅的C4焊球。
欧盟关于铅等危险物的限制原则是尽量替换铅，只有在“技术上无法替换”时才可以使用铅。
指令的适用范围有时定义得也不太明确。
例如，消费电子不可以用铅，而汽车电子可以，那么，汽车内的收音机怎么办？目前允许汽车收音机含铅，但是还有些类似情况仍然有待进一步裁决。
欧联的无铅法律将影响全球的电子产业，一来是由于供应链的全球化，再者也是由于在其它国家已经开始有类似的法律。
例如，中国已经提出了禁止同样物质的类似法律，而且最后期限也设定为2006年7月1日。
电子封装互连无铅钎料及其界面问题研究
电子封装互连无铅钎料及其界面问题研究1. 本文概述随着电子科技的飞速发展，电子封装互连技术在现代电子产品中发挥着至关重要的作用。
钎料作为实现电子器件之间以及器件与基板之间连接的关键材料，其性能直接影响到电子产品的质量和可靠性。
传统的钎料中往往含有铅元素，铅是一种有毒物质，对环境和人体健康造成了严重威胁。
研究和开发无铅钎料已成为电子封装领域的重要课题。
本文旨在探讨无铅钎料在电子封装互连中的应用及其界面问题。
我们将对无铅钎料的发展历程和现状进行概述，分析无铅钎料的主要类型和特点。
我们将深入探讨无铅钎料与电子器件、基板之间的界面问题，包括界面结构、界面反应、界面性能等方面。
本文还将对无铅钎料在电子封装中的可靠性进行评估，以便为实际应用提供指导。
2. 无铅钎料的基本性质无铅钎料是电子封装互连中的关键材料，随着环境保护法规的日益严格和对人类健康的关注，无铅钎料逐渐取代含铅钎料成为行业标准。
无铅钎料的基本性质主要包括以下几个方面：熔点：无铅钎料的熔点通常高于含铅钎料，这意味着在焊接过程中需要更高的温度。
熔点的提高可能会对电子组件的热敏感性造成挑战。
润湿性：润湿性是指钎料在固体基底上的铺展能力，它是评价钎料性能的重要指标。
无铅钎料的润湿性通常不如含铅钎料，这可能会影响焊接质量和可靠性。
机械性能：无铅钎料的机械性能，包括抗拉强度和延展性，通常较含铅钎料有所下降。
这要求在设计和制造过程中对材料选择和工艺参数进行优化。
热稳定性：无铅钎料需要具备良好的热稳定性，以保证在电子设备的使用过程中不会因温度变化而发生性能退化。
热稳定性的提高有助于延长产品的使用寿命。
化学稳定性：无铅钎料在使用过程中应不易发生化学变化，以避免导致焊接接头的腐蚀或断裂。
化学稳定性是确保电子封装长期可靠性的重要因素。
环境适应性：无铅钎料应具有良好的环境适应性，能够在不同的环境条件下保持性能稳定，包括湿度、温度变化和机械振动等。
3. 电子封装互连技术概述电子封装互连技术是电子工程领域中的一个关键环节，它涉及到芯片、元器件、电路板和系统之间的电气连接和物理固定。
微电子封装无铅焊点的可靠性研究进展及评述
的关键 问题之 一 。
子 电器产 品如家 电产 品 、 通信产 品 、 消费类 电子和 汽 车 电子等得 到 了广 泛 的应用 。电子封装 能够 为芯 片 和 Ｐ Ｂ等 电子 产 品组件提 供机 械连 接 、 Ｃ 电连接 和信
关键词 ： 电子封装 ； 无铅 ； 焊点 可靠性
中图分 类号 ： Ｎ ０ Ｔ ６ 文献标 识码 ： Ａ 文章编 号 ：０ １ ３ ７ （ ０ ０ ０ ０ ７ ０ １０ — ４ ４ ２ １ 】２— ０ ２— ５
Ｐ ｏ ｒ ｓ ｎ ｖｅ ｏ ａ — ｒ ｅ Ｓ ｌ ｅ ｏｎ ｌ ｂ ｌ ｙ ｒ ｇ ｅ ｓａ ｄ Ｒｅ ｉｗ ｎ Ｌｅ ｄ—ｆ ｅ ｏ ｄ ｒ Ｊ ｉ ｔＲｅｉ ｉ ｔ ａ ｉ
锡铅 ｓ ｎ—Ｐ ｂ焊料 由 于具 有 优 良的物 理 、 学 力
号传输 以实现产品的功能， 并且提供一个可靠的工 作 环境 ， 产 品 能够 稳 定 地 工 作 … 。因 此 ， 使 电子 封
装在微 电子工 业 中 占据着 十分重 要 的地 位 。 焊 接技术 被广泛应 用 于电子 制造工 艺 中以形 成 互 连 。焊 接是指 以焊料 连 接 两基 材 的 工 艺过 程 ， 焊
和冶金性能以及较低的价格 ， 一直是电子封装业 中 使 用最普 遍 的焊 接材料 。对 于锡铅 焊料 的制造工 艺
以及焊点 可靠性 等 问题 ， 界 也 都具 有 长 期 丰富 的 业 经验 积累 。但是 ， 众所周 知 ， 是一 种对环 境和人体 铅
ｉ ｐ ｃａ ｉ ． ｈｅ ｓｅｔ，ｎ ｕ ｎ ｉ ｃ ｒ ｏ ｅｄ—ｆ ｅｓｌｅ ｏ ｔｒｌ ｂｌｙ ｔ ｉ ｅ ａｉｔ ｃ ａｋ ｇ ｇ Ｔ ｒｅａｐ ｃｓ ｉｆ ｅ ｃ ｇｆ ｔ ｓ ｎ ｌａ ｎ ｌ ｎ ａ ｏ ｒ ｏ ｒ ｉ ｅ ａｉｔ，ｙ ｃ ｒｌ ｂｌｙ ｅ ｄ ｊｎ ｉ ｉ ｐ ａ ｌ ｉ ｉ ｐｏｌ ｎ ａ ｆ ｅｓｌｅ ｉｔｅｉ ｉｔ ｅａ ａｉ ｒ ｅ ｂｒｔｄｅ ｐ ａ ｃｌ ｅ ｉ， ｒｅ ｔ ｒｂｅ ａｄｌ ｄ— ｒ ｄ ｒｏ ｌ ｂｌｙ ｖｌ ｔ ｎａ ｌ ｏａ ｍ ｈｔ ａ ｙ ｎｄｔ ｌｉ ｏｄ ｒｏ ｍｓ ｅ ｅ ｏ ｊ ｎ ｒ ａ ｉ ｕ ｏ ｅ ａ ｅ ｉ ｌｉ ａ ｎ ｄ ｍ ｎｔ ｔ ｉ ｕ ｓａｄｔ ｄ ｎ ｙｏ ａ ｆ ｅａ ｄｒｓａｃ ｎｓｌｅ ｉｔｅｉ ｉｔ． ｅ ｏ ｓａｅ ｓ ｅ ｎ ｎ ｅ ｃ ｎｌ ｄ— ｒ ｎ ｅｒｈｏ ｄｒ ｏｎ ｒｌ ｌｙ ｒ ｓ ｅ ｅ ｅ ｅ ｏ ｊ ａ ｉ ｂ Ｋｅ ｏ ｄ ： ｌ ｔ ｎｃｐｃ ａｉｇ Ｌ ａ ｒｅ Ｓ ｌｅ ｉｔｅｉ ｉｔ ｙｗ ｒ ｓ Ｅｅ ｒ ｉ ａｋｇ ；ｅｄ—ｆ ；ｏ ｒ ｏｎ ｒｌ ｂｌｙ ｃｏ ｎ ｅ ｄ ｊ ａ ｉ
无铅焊料的研究现状
０７ ｕ ．Ｃ 合金作 为焊料使用 的可靠 性 ， 特别是作 为波
峰焊 和 浸 焊 用 焊料 。并 通 过 添 加 微 量 合 金 元 素 如 Ｎｉ Ｇ 、ｂＢ 和稀 土等来 改 善焊 料合 金 的微观 结 、 ｅＳ 、ｉ Ｐ、 构 ， 而提高其物 理 、 学性 能和封 装质 量 。表 ２为 进 力 几种 Ｓ —Ｃ ｎ ｕ系无铅 焊料 的成分 和熔 点 。
维普资讯
２７ ２ 第 期 ０年 月 一 ０
出 毋 全
无 铅 焊 料 的研 究 现 状
王 大 勇 顾 小龙
（ 浙江省冶金研究院浙江亚通焊材有限公 司 杭州 ３０ ２ ） １０ １
摘 要： 对无铅 焊料 的发 展 、 种类 、 物理 和 力学性 能进 行 了综述 分析 ， 评价 了 目前 常 用 的几 种无 铅 焊料 系列 在 电子产 品封装 使 用 中的优缺 点 ， 出现 问题 的一 些 解 决 办 法 ， 用 的焊 接 工 艺 。指 出 了 当前 无铅 适
ｓ 一 ．Ｃ 焊料用作波 峰焊焊料 时具有 两个 ｎ ０７ ｕ 显 著优 点 ： 是价 格 便 宜 ， ｓ 一 与 ｎ一３ Ｐ ７ ｂ焊 料 相 比 ，
金 属成 本仅增 加 约 ２ ％ ； ３ 二是 由于 ｓ ｎ中溶 人 了少 量的 Ｃ ， ｕ 可大 大 抑 制焊 料 在工 作 时对 Ｐ Ｂ焊 盘上 Ｃ
Ｃ 层和 Ｃ 引脚的浸蚀 ， ｕ ｕ 传统的 ｓ — ｂ ｎ Ｐ 焊料中， 长
合 物 的热稳 定性 相 对较 差 ， 易 发 生粗 化 ， 极 因而 Ｓ ｎ
—
Ｃ 焊 料 的强度 和塑性 都 相对较 低 。 ｕ Ｓ 一０ ７ ｕ ｎ ．Ｃ 焊料 的力 学性 能 和润 湿性都 远低 于
Ｓ 一 ７ｂ ｎ ３Ｐ 焊料 ， 故早期没有用做焊料。欧盟指令 的
AuSn20焊料制备技术及发展趋势_孙晓亮
9电工材料2010N o.3AuSn20焊料制备技术及发展趋势孙晓亮,马光,李银娥,刘啸锋(西北有色金属研究院,西安710016)摘要:随着电子产品小型化、无铅化的发展,对焊接材料提出了更高的要求。
无铅焊料A uSn20由于具有优良的性能,在高可靠性气密封装和芯片焊接中被广泛应用。
本文介绍了AuSn20焊料的性能和制备方法,指出了传统的铸造拉拔轧制法、叠层冷轧复合法及电镀沉积法的不足,提出了研究及制备A uSn20合金焊料的技术改进方案。
关键词:无铅化;AuSn20焊料;制备;技术改进中图法分类号:T N 705文献标志码:A文章编号:1671-8887(2010)03-0009-03A pp lication and Develo p ment Trend of AuSn20SolderSU N X iao_li an g ,M A Guan g ,L I Y in_e,L IU X iao_f en g(Nor thwest Inst it ut e f or Non f errous Meta l Research ,Xi .an 710016,Chi na )Abstract :W ith t he develo p ment o f miniaturiz atio n and lead_f ree of el ect ronic p r oduct s,hi g h demand is p ut f or ward about solder.L ead f ree solder A uSn20is widel y a pp lied in hi g h reliable hermet ic p acka g e and die w eldin g due to excellent mechanical p ro p ert y .T his p a p er descr ibed t he p r o p er ti es and p re p arat ion o f A uSn20sol der,p oi nt ed out the disad -vant a g es o f the conventio nal draw in g and rol lin g p r ocess,cast in g p ro cess and laminose co m p o site p rocess o f cold r ollin g ,p ut out im p ro ve p ro g rames of r esearch and p re p arat ionf or A uSn20solder.Key words :lead f ree;A uSn20solder ;p r e p arat ion;t echno lo gy im p ro vement作者简介:孙晓亮(1981-),男,陕西宝鸡人,硕士,工程师,研究方向:贵金属功能材料。
无 铅 焊 料 研 究报告
元素C对钎料性能的影响
微量元素C就是混合稀土元素。稀土元素可以改善钎料延伸率、提 高焊点的疲劳寿命，目前国内许多文献也报道了关于在无铅钎料中加 入稀土元素研究成果，多认为稀土元素可以加至0.1％（Wt）。但实 际上，稀土元素在接近0.1％时，会恶化熔融钎料的表面状态，形成海 绵状漂浮物，直接影响在波峰焊中的使用效果，同时焊点表面发黑。 根据我们的实验，其成分应在0.002％以下为宜；
3.5 试验分析
本项目产品与其它无铅钎料和Sn-Pb钎料性能对比
产品名称 对比指标
CWB-07A 226.5 270 80.5 2S 0.119
CWB-07B 221 255~265 80.8 2S 0.109
Sn-3Ag0.5Cu
218 250～260 78 1.8 S
Sn-0.7Cu 227 270 74 2.3 S 0.13
3.5 试验分析
元素A对钎料性能的影响
微量元素A的主要作用在于改变熔融钎料中金属化合物的形状，避 免焊接时出现焊点桥连等缺陷； 元素B对钎料性能的影响 元素B对钎料的性能由多方面的影响，在一定浓度范围内，它可以 提高机械强度、改善钎料熔融状态下的抗氧化性，并可提高产品表面 质量。然而，其成分一旦超过某一限度，就会使钎料表面张力急剧增 加、钎料润湿性剧烈恶化。必须严格控制在10ppm以下；
无铅焊料研究报告
无铅焊料研究报告一、引言随着环境保护意识的提高，无铅焊料逐渐成为电子行业的主流选择。
与传统的含铅焊料相比，无铅焊料的优点在于环保、健康和性能优越。
本报告将对无铅焊料进行研究并进行详细分析。
二、无铅焊料的定义无铅焊料是一种不含铅成分的焊料，可以用于电子组装和其他焊接应用中。
它通常包含其他金属合金，如锡、银、铜等，以及一些添加剂来提高焊接性能和可靠性。
三、无铅焊料的环境优点1.减少有害物质释放：传统的含铅焊料在焊接过程中会释放大量有害的铅蒸汽和焊接烟尘，对工人和环境造成危害。
无铅焊料可以减少有害物质的释放，降低环境污染。
2.节约资源：传统的含铅焊料需要大量的铅资源，而铅是一种有限资源。
无铅焊料可以减少对铅的需求，节约资源成本。
四、无铅焊料的健康优点1.降低铅中毒风险：含铅焊料在长期使用过程中，工人可能会受到铅中毒的风险。
铅中毒对健康造成严重影响，甚至可能导致中枢神经系统的损伤。
使用无铅焊料可以有效降低铅中毒风险，保护工人的健康。
2.提高室内空气质量：传统的含铅焊料在焊接过程中会释放有害的铅蒸汽和烟尘，影响室内空气质量。
使用无铅焊料可以改善室内空气质量，保证工作环境的舒适和健康。
五、无铅焊料的性能优点1.良好的焊接性能：无铅焊料在焊接过程中具有良好的可湿润性和流动性，使焊接表面更均匀，提高焊接质量和可靠性。
2.减少焊接温度：无铅焊料可以在较低的焊接温度下完成焊接，减少热量对基板和元器件的影响，避免焊接变形和损坏。
六、无铅焊料的应用领域无铅焊料广泛应用于电子行业的各个领域，包括电子组装、电子焊接、电子维修等。
在现代电子产品中，大多数电子设备都选择使用无铅焊料。
七、无铅焊料的研究进展1.新型合金研发：研究人员正在不断开发新型无铅焊料合金，以改善焊接性能和可靠性。
2.焊接工艺优化：研究人员还在研究如何优化无铅焊料的焊接工艺，使其更适合不同类型的焊接需求。
八、结论无铅焊料作为一种环保、健康和性能优越的焊料，在电子行业中得到广泛应用。
Sn_Zn系无铅焊料合金的可靠性研究进展(1)
另外, 回流焊工艺还影响 IMCs 的形貌。研究表 明[ 10] , 随着回流焊温度的升高, Sn 9Zn 和 Cu 基板反
应生成的板状富 Zn 相增多, Cu Zn 层增厚, 而 Sn Pb
及 Sn A g Cu 和 Cu 基材主要生成 Cu6 Sn5 IMC 层。随
着回流焊时间的增加, Sn 9Zn, Sn Ag Cu, Sn P b IMCs
2 Sn Zn 系无铅焊料的主要失效模式
无铅焊点的可靠度目前尚无法与 SnPb 相比, 特别是在机械冲击或时效过程中, 非常容易引起焊 点的提早破坏[ 2] , 脆化的机理会因为焊接表面镀层 的不同而有所差异, 但不论是何种表面处理, 似乎都 不能避免焊点脆化的发生, 因此对于工作环境温度 较高, 或是经常受机械冲击的无铅产品而言, 测评焊 点的可靠度是不容忽视的重要环节[ 3] 。
增加不明显; 而 Sn 8Zn 3Bi/ Cu, 由于 Bi 抑制了富 Zn
相的形成, 加速了 Zn 向 Cu 表面的扩散, 所以形成更
多的 Cu Zn IM C, 厚度也明显增加。 近来有许多报告指出, SnAgCu 无铅焊料与 Cu
基板的接点在时效时, 会发生焊点强度急速弱化现 象[ 3] , Chiu 等人[ 11] 已经发现在时效过程中, 克肯多微 孔( Kirkendall V oid) 会在 Cu6Sn5/ Cu 界面上生成, 并 影响焊点的强度, 如下图 3 所示。SnZn 系焊料虽然 在反应初期与 Cu 主要形成 CuZn IMCs, 但是随着时 效时间的增加, 界面会形成 Cu6Sn5 化合物, 并且由于 Zn 扩散到铜基体的速率高于 Sn 扩散到界面的速率, 因此在 IMCs 形成过程中, 界面上就会开始有微孔出 现。
2023年无铅焊料行业市场分析现状
2023年无铅焊料行业市场分析现状无铅焊料是一种对环境友好的焊接材料，其在焊接过程中不会产生铅的有害物质。
近年来，随着环境保护意识的提高和环境法规的加强，无铅焊料行业逐渐崭露头角，并逐渐取代了传统的含铅焊料。
本文将对无铅焊料行业的市场现状进行分析。
首先，无铅焊料行业市场规模逐年增长。
随着环境法规的推动和人们环保意识的增强，越来越多的企业选择使用无铅焊料进行生产制造。
根据数据显示，全球无铅焊料市场规模从2016年的约4亿美元增长到2019年的约7亿美元，年均增长率为16.4%。
预计到2025年，无铅焊料市场规模将达到11亿美元，市场前景广阔。
其次，无铅焊料行业技术不断创新。
随着研发投入的增加和技术进步，无铅焊料的性能不断提高。
比如，新型无铅焊料具有较高的熔点、良好的可焊性和可靠性，能够满足各种领域的焊接需求。
同时，无铅焊料还可以降低焊接过程中的气体排放和能源消耗，实现环保和节能的双重目标。
再次，无铅焊料行业市场竞争激烈。
虽然无铅焊料市场前景广阔，但市场竞争也十分激烈。
国内外众多企业纷纷进入该行业，使得市场竞争日益激烈。
如何提高产品质量、创新技术、降低成本，成为企业在市场中立于不败之地的关键。
同时，无铅焊料行业还面临原材料价格波动、技术标准认证等挑战，需要企业不断调整战略，适应市场变化。
最后，无铅焊料行业面临机遇和挑战并存。
一方面，无铅焊料行业逐渐成为国家和地方政府推动的重点发展领域，政策扶持力度加大，为无铅焊料的发展提供了广阔的市场机遇。
另一方面，随着无铅焊料行业的不断发展，市场需求不断增长，但同时也面临着技术升级、市场竞争等挑战。
只有通过不断创新和提升竞争力，才能在激烈的市场竞争中立于不败之地。
总而言之，无铅焊料行业市场前景广阔，市场规模逐年增长，技术不断创新，但同时也面临激烈的市场竞争和各种挑战。
只有通过不断提升产品质量、创新技术、降低成本，才能在市场中立于不败之地。
相信随着环保意识和环境法规的进一步加强，无铅焊料行业的发展会越来越好。
无铅焊料研究报告综述
2.5 焊料特性
Sn-Bi系
Sn-Bi系焊料合金的场 变性和拉伸强度明显的 高于Sn-Pb共晶焊料。 主要是Bi元素的结晶构 造是菱面体晶格，延展 性不好。但是该焊料合 金的固液相共存的区域 大，焊接时容易出现凝 固偏析，使耐热性劣化。 在工艺上应采用快速冷 却以减小偏析。
2.5 焊料特性
Sn-Zn系
2.4种类
Sn-Ag、Sn-Zn、Sn-Bi、Sn-In、Sn-Cu等
2.5 焊料特性
Sn-Ag系
Sn-Ag系焊料作为高熔点焊料已被实用化了。Sn-Ag系合金具有良好 的金属特性，其力学性能、可焊性、热疲劳可靠性良好；此外，由于Ag 的抗氧化性能好，从而使用 Sn-Ag系焊料无须气体保护，它被认为是有 力的替代焊料之一。 Sn-Ag系无铅焊料合金目前存在的最大问题是，如用于替代Sn-Pb共 晶焊料，熔点偏高。如Sn-3.5Ag共晶的熔点是221oC，为降低熔点，通 常是添加微量的 Bi，In，Cu和Zn等元素。但总体上看，Sn-Ag系无铅焊 料合金具有热疲劳性能优良、结合强度高、熔融温度范围小、蠕变特性 好、熔点比较高、价格高等特点。
2.6 无铅焊接技术应用的影响因素
3.助焊剂 开发新型的氧化还原能力强和润湿性更好的助焊剂,以满足无铅焊料的 要求。助焊剂要与焊接预热温度和焊接温度相匹配,而且要满足环保的要 求。迄今为止,实际测试证明免清洗助焊剂用于无铅焊料焊接效果更好。 4.模板 无铅工艺对模板的开口尺寸和模板的厚度提出了新的要求，模板开口 尺寸的更改主要还是依据实际生产的基板焊接情况而定。例如QFP/BGA 等细间距引脚的元件要求在不引起桥连的情况下尽量加大模板开口，以 增加焊膏量提高焊接质量；由于无铅焊膏的比重相对有铅焊膏要小，助 焊剂含量较多，无铅焊接特性等形成了无铅焊膏在焊接时要求锡膏量要 比有铅的要多，所以在生产无铅产品时模板厚度应相应增加一点。
无铅焊料市场分析报告
无铅焊料市场分析报告1.引言1.1 概述概述：无铅焊料作为一种环保型焊接材料，已经在全球范围内得到广泛应用。
随着环境保护意识的增强和相关法规的推动，无铅焊料市场正在迅速发展。
本报告将对无铅焊料市场进行深入分析，探讨其市场现状、发展趋势以及主要参与者，旨在为相关行业提供参考和指导。
1.2 文章结构文章结构部分的内容：文章结构部分将介绍本报告的整体结构和各部分内容安排。
通过对整篇文章的结构进行介绍，读者可以更清晰地了解本报告的逻辑和内容组织情况，以便更好地阅读和理解报告。
该部分将简要说明引言、正文和结论各部分的内容要点和组织方式，为读者提供整体的框架和预期。
1.3 目的"无铅焊料市场分析报告"旨在通过对无铅焊料的定义、优势和市场现状进行全面分析，为读者提供关于无铅焊料市场的深入了解。
本报告旨在帮助读者了解无铅焊料市场的发展趋势，识别主要市场参与者，并展望无铅焊料市场的未来发展前景。
通过本报告，读者将能够全面了解无铅焊料市场的情况，为相关领域的决策提供有力的参考和支持。
1.4 总结在本文中，我们对无铅焊料进行了全面的分析和研究。
我们首先引入了无铅焊料的定义，解释了其在焊接工艺中的重要性。
接着我们详细阐述了无铅焊料相对于传统铅焊料的优势，包括环保、安全性和可靠性等方面的优势。
然后，我们对无铅焊料市场的现状进行了深入分析，包括市场规模、增长趋势和主要应用领域等方面的内容。
通过本文的研究，我们可以得出无铅焊料市场具有巨大的发展潜力，未来有望成为焊接材料市场的主导产品。
各个主要市场参与者都应该密切关注这一趋势，并采取相应的战略措施来抓住市场机遇。
综合分析表明，无铅焊料市场的前景非常乐观，带来了广阔的发展空间和商业机会。
因此，我们应该加大研发投入，加强市场推广，积极布局无铅焊料市场，为未来的发展奠定良好基础。
2.正文2.1 无铅焊料的定义无铅焊料是一种在电子元器件和其他电子设备的制造过程中用于焊接的新型材料。
SMT最新技术之CSP及无铅技术
SMT最新技术之CSP及无铅技术只要关注一下如今在各地举办的形形色色的专业会议的主题，我们就不难了解电子产品中采用了哪些最新技术。
CSP、0201无源元件、无铅焊接和光电子，可以说是近来许多公司在PCB上实践和积极评价的热门先进技术。
比如说，如何处理在CSP和0201组装中常见的超小开孔（250um）问题，就是焊膏印刷以前从未有过的基本物理问题。
板级光电子组装，作为通信和网络技术中发展起来的一大领域，其工艺非常精细。
典型封装昂贵而易损坏，特别是在器件引线成形之后。
这些复杂技术的设计指导原则也与普通SMT工艺有很大差异，因为在确保组装生产率和产品可靠性方面，板设计扮演着更为重要的角色；例如，对CSP焊接互连来说，仅仅通过改变板键合盘尺寸，就能明显提高可靠性。
CSP应用如今人们常见的一种关键技术是CSP。
CSP技术的魅力在于它具有诸多优点，如减小封装尺寸、增加针数、功能∕性能增强以及封装的可返工性等。
CSP的高效优点体现在：用于板级组装时，能够跨出细间距（细至0.075mm）周边封装的界限，进入较大间距（1，0.8，0.75，0.5，0.4mm）区域阵列结构。
已有许多CSP器件在消费类电信领域应用多年了，人们普遍认为它们是SRAM与DRAM、中等针数ASIC、快闪存储器和微处理器领域的低成本解决方案。
CSP可以有四种基本特征形式：即刚性基、柔性基、引线框架基和晶片级规模。
CSP技术可以取代SOIC和QFP器件而成为主流组件技术。
CSP组装工艺有一个问题，就是焊接互连的键合盘很小。
通常0.5mm间距CSP的键合盘尺寸为0.250～0.275mm。
如此小的尺寸，通过面积比为0.6甚至更低的开口印刷焊膏是很困难的。
不过，采用精心设计的工艺，可成功地进行印刷。
而故障的发生通常是因为模板开口堵塞引起的焊料不足。
板级可靠性主要取决于封装类型，而CSP 器件平均能经受-40～125℃的热周期800～1200 次，可以无需下填充。
芯片级无铅CSP器件的底部填充材料
芯片级无铅CSP器件的底部填充材料概述：晶片级器件底部填充作为一种新工艺仍需进一步提高及优化，其工艺为：在晶片级器件制作过程中，晶圆底部加填充材料，这种填充材料在芯片成型时一步到位，免掉了外封装工艺，这种封装体积小，工艺简单，可谓经济实惠。
然而，该新型封装器件面临一个严峻的考验，即：用于无铅焊接工艺。
这就意味着：即要保证器件底部填充材料与无铅焊料的兼容，又要满足无铅高温焊接要求，保证焊接点的可靠性及生产产量。
近期为无铅CSP底部填充研发了几种新型材料，这些填充材料滴涂到晶圆上，呈透明胶状（半液态）物质，经烘烤，呈透明状固态物质，这样分割晶圆时可保证晶片外形的完整性，不可能出现晶片分层或者脆裂。
在这篇文章中，我们探讨一下烘烤对晶圆翘曲度的影响？烘烤是否引发底部填充材料的脆裂？与回流过程中底部填充物的流淌引起的焊料拖尾问题？由于底部填充材料即要保证焊料不拖尾，又要保证焊点的可靠性，及可观察到的焊料爬升角度，同时，底部填充材料的设计务必保证烘烤阶段材料的流淌，固化情况处于可控工艺窗口之内。
另外，底部填充材料与焊接材料的匹配标准在本文中也有讨论。
关键词语：晶片，底部填充，表面贴装技术，倒插芯片，CSP封装，无铅，烘烤背景：FC及CSP封装器件要求底部填充材料在焊接过程中能够与焊球、PCB完美结合，增加焊点的抗疲劳能力。
底部填充工艺方便、简单，将半液态填充材料施加在焊球与器件基板之间的间隙即可。
关于节点尺寸大、I/O接口多的器件，填充材料的填充高度务必一致，实践证明：底部填充非常耗时，特别FC封装器件，是大批量生产的瓶颈。
晶片底部填充工艺（WLUF）首先是在大的晶圆上直接施加胶状(半液态)底部填充材料，然后大的晶圆经烘烤阶段（B-Stage）固化，使其失去粘性，最后，将大晶圆分割成晶片，切割好的晶片独立包装，即可发往客户。
器件在SMT装配过程中，被贴放于PCB上回流焊接，器件在该阶段，焊料经助焊剂挥发作用回流形成焊点，与此同时，底部填充材料也通过熔融，固化的步骤，对焊点的形成起帮助保护作用。
Sn-Bi系列低温无铅焊料及其发展趋势(WORD档,可编辑)
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－铋合金；发展趋势Low Temperature Lead-free Solder and Its Developing TendencyXu-jun, Hu-qiang, He hui-jun, Zhang fu-wen(Beijing COMPO Solder Co., Ltd.；General Research Institute for Non-ferrous Metals)Abstract: This paper reviews the development of lead-free solder, and also summarized several main lead-free solders and their applying field. It introduces some low temperature solders and analyzes the physical & chemical property of Sn-Bi system solder in particularly. Further more, the developing requirement and tendency of Sn-Bi system low melting pointPb-free solder is analyzed from the market point.Keywords: Lead-free solder；low temperature solder；Sn-Bi alloy；Development tendency0 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。
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１ 引言一直以来，铅锡合金作为电子工业的主要封接材料，在电子部件装配上占主导地位。
然而铅及铅化合物属剧毒物质，对人体及牲畜具有极大的毒性。
尤其是近年来随着人们环保意识的增强和对于自身健康的关注，铅污染越来越受到人们的重视。
２００３年７月１３日，欧盟正式颁布ＷＥＥＥ／ＲｏＨＳ法令，并明确要求其所有成员国必须在２００４年８月１３日以前将此指导法令纳入其法律条文中。
该法令严格要求在电子信息产品中不得含有铅、汞、镉（ｃａｄｍｉｕｍ）、六价铬（ｈｅｘａｖａｌｅｎｔ ｃｈｒｏｍｉｕｍ），多溴联苯（ｐｏｌｙｂｒｏｏｍｉｎａｔｅｄ ｂｉｐｈｅｎｙｌｓ ＰＢＢ）及多溴二苯醚（ｐｏｌｙｂｒｏｍｉｎａｔｅｄ ｄｉｐｈｅｎｙｌｓ ｅｔｈｅｒｓＰＢＤＥ）。
严格的禁铅条例使电子封装产业对无铅焊接提出了更高的要求，已经成熟的锡铅焊料必须被性能相近或更高的无铅焊料所替代。
但在工艺方法上，无铅焊料还存在很多缺点和不足，急需解决。
目前，国内关于无铅焊料和无铅钎料的专利共有６９条，从中可以看出我国自己的专利申请速度在不断加快。
多数专利是在主要元素基础上，通过添加微量元素来改善焊料的性能，但有的专利由于组元太多，在生产中会产生困难。
同时，尽管现在有很多专利，但是这些专利范围的成分还没有达到最佳性能，不能满足所有要求。
２ 无铅焊料的三大弱点自欧盟颁布ＷＥＥＥ／ＲｏＨＳ法令以来，世界各国电子封装用无铅焊料的最新进展黄卓１，张力平２，陈群星２，田民波１（１．清华大学 材料科学与工程系，北京 １０００８４； ２．振华亚太高新电子材料有限公司，贵州 贵阳 ５５００１８）摘要：随着ＷＥＥＥ／ＲｏＨＳ法令的颁布，电子封装行业对于无铅焊接提出了更高的要求。
根据国际上对无铅焊料的最新研究进展提出了无铅焊料“三大候选”的概念。
总结了目前无铅焊料尚存的三大主要弱点，并对国际上推荐使用的几种无铅焊料的优缺点进行了概述。
关键词：无铅焊料；候选焊料；熔点；稳定性中图分类号：ＴＮ３０５．９４ 文献标识码： Ａ 文章编号：１００３－３５３Ｘ（２００６）１１－０８１５－０４Ｒｅｃｅｎｔ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｌｅａｄ－Ｆｒｅｅ Ｓｏｌｄｅｒ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ＰａｃｋａｇｉｎｇＨＵＡＮＧ Ｚｈｕｏ１， ＺＨＡＮＧ Ｌｉ－ｐｉｎｇ２， ＣＨＥＮ Ｑｕｎ－ｘｉｎｇ２， ＴＩＡＮ Ｍｉｎ－ｂｏ１（１． Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ， Ｔｓｉｎｇｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８４， Ｃｈｉｎａ； ２． ＺｈｅｎｈｕａＡｓｉａ－Ｐａｃｉｆｉｃ Ｈｉｇｈ－Ｔｅｃｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｃｏ．， Ｌｔｄ， Ｇｕｉｙａｎｇ ５５００１８， Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ａｌｏｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｓｓｕｅ ｏｆ ＷＥＥＥ／ＲｏＨＳ， ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｐａｃｋａｇｉｎｇ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｒａｉｓｅｄ ｔｈｅ ｆｕｒｔｈｅｒｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｆｏｒ ｌｅａｄ－ｆｒｅｅ ｊｏｉｎｔｉｎｇ． Ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅｓ ｏｆ ｌｅａｄ－ｆｒｅｅ ｓｏｌｄｅｒ ｗｅｒｅ ｂｒｏｕｇｈｔ ｆｏｒｗａｒｄａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅｃｅｎｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ． Ｔｈｒｅｅ ｍａｉｎ ｗｅａｋｎｅｓｓｅｓ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｌｅａｄ－ｆｒｅｅ ｓｏｌｄｅｒ ｂｅｉｎｇ ｕｓｅｄｎｏｗａｄａｙｓ ｗｅｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ， ａｎｄ ａ ｓｕｍｍａｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｂｏｕｔ ｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ ｌｅａｄ－ｆｒｅｅ ｓｏｌｄｅｒｓ ｗｅｒｅ ｍａｄｅ ａｓ ｗｅｌｌ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｌｅａｄ－ｆｒｅｅ ｓｏｌｄｅｒ； ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅｄ ｓｏｌｄｅｒ； ｍｅｌｔｉｎｇ ｐｏｉｎｔ； ｓｔａｂｉｌｉｔｙ基金项目：国家“８６３”计划引导项目（２００２ＡＡ００１０１３）Se mi con duc to r Tec hno log y Vo l. 31 No. 11No ve mbe r 2006815对无铅焊料都进行了大量的研究，无铅焊接技术也得到了长足的发展。
但无铅焊料相对于Ｓｎ－Ｐｂ焊料而言仍存在三大不可忽视的弱点。
２．１ 浸润性差焊接的浸润性不良主要表现为焊锡不扩展，焊锡的流动性差，焊锡没有布满整个焊盘而缺焊。
浸润性较差，带来以下几方面的不足：⑴容易产生接合不良；⑵为提高浸润性而对操作温度要更高；⑶为提高浸润性而使用高活性的助焊剂，会导致焊点可靠性降低。
２．２ 熔点高无铅焊料普遍比Ｓｎ－Ｐｂ焊料的熔点高出３０℃以上，由此会带来：对于耐热性较差的元器件容易造成热损伤；容易导致平面基板弯曲变形。
２．３ 金属溶解速度快金属溶解速度过快会导致以下几方面的问题。
⑴焊池中焊料由于溶铜、溶铅容易受到污染；⑵被焊的基体易溶入到焊料中（例如铜细丝的溶解断裂）；⑶焊接时金属间化合物生长过剩；⑷溶焊、回流焊的焊池材料因为金属溶解而被腐蚀，导致过早报废。
３ 推荐使用的几种无铅焊料日本及欧盟给出了目前在几种不同焊接工艺中可替代锡铅焊料的最佳无铅焊料，如表１所示。
３．１ Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ系ＮＥＭＩ推荐）。
有关无铅Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ合金焊料，在国内就有１４个、美国约２２个已授权的专利［１］。
３．１．１ Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ优点⑴由于合金中弥散分布有微细的Ａｇ３Ｓｎ和Ｃｕ６Ｓｎ５等金属间化合物强化相，因此可实现优良的机械性能和高温稳定性；⑵溶化温度区间（固相线和液相线的温度差）窄；⑶Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ焊料可以满足各种形状需要，包括焊条、焊丝、焊球等；⑷与镀Ｐｂ元器件兼容较好，由溶Ｐｂ引起的焊点剥离情况比其他无铅焊料少。
３．１．２ Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ缺点⑴熔点比Ｓｎ－Ｐｂ共晶合金高，这是制约这种无铅焊料推广应用的技术瓶颈；⑵浸润性比Ｓｎ－Ｐｂ焊料差。
对于双面基板的组装，需要采取措施提高通孔的浸润性，如控制波峰焊参数，采用氮气保护性气氛等都相当有效［２］；⑶熔点高，导致它与现在广泛使用的基板材料不相容，而且返修也不得不采用高温，这将大大增加基板损坏的可能性；⑷慢冷时焊接处容易形成孔洞，如图１所示。
候选１２３波峰焊Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ系Ｓｎ－Ｃｕ系Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ－Ｂｉ系回流焊Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ系Ｓｎ－Ａｇ－Ｂｉ－Ｉｎ系Ｓｎ－Ｚｎ（－Ｂｉ）系手工焊Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ系Ｓｎ－Ｃｕ系表１ 不同工艺中可替代Ｓｎ－Ｐｂ的无铅焊料在几个候选合金系统中，Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ系是新一代代表性焊料，并正在世界范围内推广使用。
这种合金具有优良的物理性能和高温稳定性，因此也成为各种无铅焊接工艺中的首选候补焊料。
以下为几种推荐使用的Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ焊料配比。
⑴ Ｓｎ９６．５Ａｇ３Ｃｕ０．５（日本，ＪＥＩＴＡ推荐）；⑵Ｓｎ９５．５Ａｇ３．８Ｃｕ０．７（欧盟，ＩＤＥＡＬＳ推荐）；⑶Ｓｎ９５．５Ａｇ３．９Ｃｕ０．６ （Ｓｎ９５．５Ａｇ４．０Ｃｕ０．５，美国，空洞的出现与焊料本身的强度关系不大，通过改善焊接工艺一般在焊态可以避免，随着服役过程的热力循环，空洞逐渐发生和发展。
有研究认为，空洞的形成与焊料与导线及焊料与基板的界面状态有关［３］。
３．２ Ｓｎ－Ｃｕ系Ｓｎ－Ｃｕ系焊料价格便宜，从经济角度来说是不可多得的熔焊用焊剂。
这种合金由于形成Ｃｕ６Ｓｎ５的微细弥散相而获得很高的初期强度，目前是波峰焊及手工焊中推荐使用的无铅焊料的第二替补。
但当图１ Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ合金焊料外引线焊点空洞现象半导体技术第３１卷第１１期２００６年１１月816温度超过１００℃，弥散相会变粗大。
因此，Ｓｎ－Ｃｕ焊料的热疲劳和可靠性等还有待证实。
目前这种焊料还不宜用于高可靠要求的组装场合。
为了改善其可靠性，可添加Ａｇ，Ａｕ，Ｎｉ等第３元素，使组织微细化、稳定化。
由于合金的熔点在２２７℃以下，钎焊条件与传统的Ｓｎ－Ｐｂ相比变化不大。
但由于存在基板的耐热性以及与镀Ｐｂ元器件的兼容性等问题，需要进一步改善。
３．２．１ Ｓｎ－Ｃｕ优点⑴材料价格便宜，Ｃｕ矿产资源丰富；⑵慢冷时焊接处表面的孔洞较少。
３．２．２ 缺点⑴熔融温度高。
Ｓｎ－Ｃｕ系焊料的熔融温度比Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ合金焊料要高出约１０℃；⑵浸润性较Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ焊料差，仅限于单面基板上的熔焊等应用；⑶耐高温性能较差；⑷和Ｃｕ基体结合的界面处不平整，容易形成克根达耳孔洞［４］；⑸与镀Ｐｂ元器件兼容性差（易出现热断裂）；⑹电镀Ｓｎ－Ｃｕ时，在某些基板上有可能出现晶须而在密集线路之间发生短路（如图２所示）。
的现象。
对焊料的最佳成分组成仍需要进一步研究，但在不降低浸润性的范围内Ｂｉ含量越低越好，以提高焊接的可靠性［５］。
３．３．１ Ｓｎ－Ｚｎ优点⑴Ｓｎ－Ｚｎ系焊料的熔点大致在１９８℃，与现在通用的Ｓｎ－Ｐｂ共晶焊料的熔点１８３℃很接近，两者的工艺设备可以共享；⑵溶化温度区间（固相线和液相线的温度差）窄；⑶原材料价格便宜，而且矿产资源丰富；⑷连接强度高。
３．３．２ Ｓｎ －Ｚｎ缺点⑴Ｚｎ较活泼，容易氧化腐蚀，必须在氮气等非活性气氛中进行回流焊；⑵浸润性极差，这是阻碍Ｓｎ－Ｚｎ合金焊料应用的主要原因之一（目前已有通过对Ｓｎ－Ｚｎ的合金化改性来改善其浸润性，并取得了一定效果［６－７］。
并已有实验证明，在乙醇－松香中加入少量ＳｎＣｌ２作为助焊剂可大大改善Ｓｎ－Ｚｎ对铜的浸润性［８］）；⑶Ｃｕ基体接合部位抗高温高湿强度较弱，原因是Ｓｎ－Ｚｎ焊料与Ｃｕ的结合界面形成很薄的Ｃｕ－Ｚｎ化合物层，在１５０℃时，界面反应快速进行，Ｃｕ－Ｚｎ化合物层容易受到侵蚀穿孔，Ｓｎ向Ｃｕ中扩散，在形成Ｓｎ－Ｃｕ化合物层的同时产生许多空洞［４］。
３．４ Ｓｎ－Ａｇ－Ｉｎ－Ｂｉ系目前研究的无铅焊料主要是Ｓｎ－Ａｇ系合金，由于其优良的高温稳定性和可操作性而被作为首选的替补焊料。
但是熔点过高始终是Ｓｎ－Ａｇ合金的一个致命弱点。
而在Ｓｎ中添加适量的Ｉｎ和Ｂｉ则可有效地降低合金熔点，并改善浸润性。
但由于Ｂｉ是半金属，又脆又硬，如果形成粗大的组织会使机械性能劣化。
焊点的连接强度会随Ｂｉ添加量的增加而降低［９］。
另外，添加过多的金属Ｂｉ会明显降低金属延伸率［１０］。
在Ｓｎ－Ａｇ系合金中添加Ｉｎ同样能使合金的熔点降低，而对机械性能影响较小。
合金强度随Ｉｎ添加量的增加而逐渐提高，而蠕变性则在Ｉｎ质量分数为３％时最好，过量或不足都会使该性能下降。
３．４．１ Ｓｎ－Ａｇ－Ｉｎ－Ｂｉ优点⑴Ｉｎ，Ｂｉ可以大幅降低焊料熔点（接近Ｓｎ－Ｐｂ焊料）；３．３ Ｓｎ－Ｚｎ（－Ｂｉ）系在几种常见的无铅焊料中，Ｓｎ－Ｚｎ共晶焊料的熔点与Ｓｎ－Ｐｂ焊料最为接近，因此目前对于Ｓｎ－Ｚｎ焊料的研究也较为广泛。