冷却速率对无铅再流焊焊点质量的影响
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冷却速率对无铅再流焊焊点质量的影响
史建卫1，江留学，梁永君，杨建民，柴勇 日东电子科技（深圳）有限公司，广东，深圳，518103
摘 要：无铅再流焊中冷却速率影响焊点力学性能及可靠性。快速冷却可以细化组织， 间接控制金属间化合物厚度和形态，影响焊点断裂模式，提高焊点综合性能。但由于元件与 PCB等材料的热不匹配性而造成的较大应力，易造成元件或焊点失效等。本文通过对文献中 研究结果的总结，设计了炉冷、空冷和水冷等几种再流焊冷却方式，并对焊点进行了强度测 试和组织成分分析，建议工业用最佳冷却斜率控制在3～6℃/s。
的细小Ag3Sn等颗粒使焊点抗断裂强度提高，从而改善抗蠕变性能；慢速冷却形 成粗大的晶粒，在焊点基体内和界面层出现Ag3Sn、Cu6Sn5或Ni3Sn4等块状金属 间化合物（如图1），容易产生裂纹并快速扩展，导致可靠性下降。
图 1 SnAg/Cu 焊点内出现的各种金属间化合物
S.K.Kang等人试验发现：快速冷却（3℃/s）增加极限拉伸强度和 0.2%应力， 提高焊点剪切强度 20%之多，有的甚至高达 50%左右；增强Sn0.7Cu、Sn3.5Ag、 Sn3.5Ag0.7Cu及Sn4.0Ag0.5Cu无铅钎料可靠性。观察Sn3.5Ag和Sn4.0Ag0.5Cu微 观结构和应力值变化，发现Sn3.5Ag钎料中晶界滑移机制在变形过程中并不明显， 抗蠕变性能的提高主要是弥散分布的Ag3Sn颗粒起到了强化作用。值得注意的 是，慢速冷却降低了Sn0.7Cu、Sn3.5Ag无铅钎料和纯锡的剪切强度，但会轻微增 加Sn37Pb钎料的剪切强度，这一现象要联系合金的变形机理来分析。小应变下 晶界产生划移，大应变下位错产生划移。当位错产生划移占主导时，细颗粒结构
Key words: Cooling Rate; Lead-free Reflow Soldering; Intermetallic Compound (IMC); Solder Joint Quality; Strain Rate
1.引言
无铅化电子组装给传统组装工艺带来了一次变革，包括材料、设备及工艺各 个方面，设计、生产及检测等各个阶段，均出现了新的要求与规范。就焊接工艺 而言，无铅再流焊后的冷却速率问题引起了业界的广泛关注。众多研究表明，快 的冷却速率有利于焊点力学性能和可靠性的改善与提高。但在实际生产中，一方 面考虑焊接设备结构设计所能达到的冷却能力，另一方面考虑快速冷却产生的负 面影响，比如元件爆裂和分层失效等。最佳冷却速率的研究迫在眉睫，值得注意 的是，本文所述冷却速率是指焊点冷却到钎料熔点以下30℃或更多这一区间的平 均斜率，无铅焊接中常以180℃为基准，也有以150℃为基准的，一般认为温度低 于此值后焊点组织结构不再发生明显变化。
3.1 冷却速率对焊点强度的影响 首先对不同冷速下QFP引脚焊点进行 45 度拉脱试验，之所以选择 45 度是原
因这个角度可以有力的结合加载在焊点上的剪切和拉伸两种力而得到较为精确 的测定值。徐波等人选用Sn3.5Ag、SAC305 和Sn37Pb三种焊膏，制定四种冷却 速率，拉脱试验结果见表 2。周惠玲等人选用水冷机制冷、循环水冷却和随炉冷 却三种方式对SAC305 焊点进行作业，同时为了反映冷速对焊点强度的影响程度， 进行了冷速为 2.5℃/s时不同氧含量对Sn3.5Ag和SAC305 焊点强度的影响，表 3 为不同条件下焊点的拉脱载荷值。从试验结果可以看出：快速冷却和低氧含量有 助于提高焊点拉脱强度；当冷速大于 2.8℃/s后焊点拉脱强度提高程度不大，而 低氧含量条件下促进润湿而改善焊点几何形状，对强度影响较大；各种实验条件 下，Sn3.5Ag焊点拉脱强度都低于SAC305 焊点，可能原因是SAC305 中更细小的 Cu6Sn5和Ag3Sn颗粒强化作用更大。
冷却速率对焊点热循环疲劳寿命和高温蠕变断裂寿命的影响趋势不尽相同。 疲劳辉纹是疲劳断裂的主要特征，沿晶断口是蠕变断裂的主要特征，高温下有时 也出现穿晶。金属抗疲劳性随着晶粒的细化而增加，快速冷却有利于提高应变抗 力，改善焊点抗疲劳性能。金属抗蠕变性与晶粒的大小有关，冷却速率越大，晶 界数目越多，沿晶裂纹的数目就增加，焊点的抗蠕变能力就降低。Young-Sun Kim 等人对不同冷速下钎料断口进行SEM观察，结果发现炉冷断面断口较平坦，空洞 较少，沿晶裂纹细小，滑移线细密；而水冷断面空洞、韧窝较多，有明显的剪切 滑移痕迹，如图5所示。空洞的变化可能是由于炉冷冷却速率低，气体容易逸出， 而水冷冷却速率快，焊剂和水分等产生的气体来不及逃逸而保存下来形成气孔或 空洞，同时也产生了许多微小空位。朱颖等人试验发现水冷焊点在热循环过程中， 空位会不断聚集形成较多空洞、韧窝、不平整的断面，降低了焊点的热循环寿命， 但不呈现线形关系。实际焊接过程中，要求优化工艺流程，调整温度曲线，降低 焊剂残留量，使快速冷却的优势得以发挥。
复合板，CTE为20.0ppm/℃。当环境温度发生变化或元件本身工作发热冷却时， 由于二者间CTE差异，在焊点内部就产生周期性变化的应力应变过程，在疲劳和 蠕变的共同作用下导致焊点的失效。
Sn3.0Ag0.5Cu
Sn3.5Ag0.7Cu
Sn3.9Ag0.6Cu
图4 不同钎料成分在不同冷却速率下的焊点组织
Zn和Bi元素的钎料中。如图7所示，SnZnBi钎料在0.018℃/s冷速下，内部组织产 生大的空洞和Bi的严重偏析。快速冷却可以减小和防止这种缺陷，但是如果含量 过高，快速冷却的作用就被弱化。图8为含不同成分Bi元素的钎料在8.3℃/s冷却 速率下的焊点组织，可以看出当Bi含量为3wt%时快速冷却可以防止Bi偏析，但 Bi含量为6wt%时，同样会出现偏析现象。赵智力等人对无铅波峰焊焊点剥离现 象进行研究，试验发现，较多Bi含量的无铅钎料在快速冷却下也会产生剥离现象， 如图9所示，快速冷却对剥离现象影响不是很明显。
表 1 不同冷却速率下焊点剪切强度的提高程度
条件
应变速率：10-1/s
Sn Sn0.7Cu Sn37Pb Sn3.5Ag
快冷 29%
30%
52%
69%
慢冷 19%
24%
52%
49%
K.S. Kim等人对8.3℃/s、0.43℃/s和0.012℃/s三种冷却速率下的SAC合金进行 剪切强度测试。图2为Sn3.5Ag0.7Cu在不同冷速下工程应力-应变曲线，应变速率 在10-1/s～10-2/s之间时，快冷比慢冷强度增加了近50%。图3为不同钎料成分极限 拉伸强度和0.2%应力随应变速率变化关系图，可以看出Sn3.5Ag0.7Cu钎料抗拉强 度和0.2%应力最高，这主要是因为β-Sn+Ag3Sn共晶组织的面积份数小和Ag3Sn化 合物程小颗粒均匀分布的缘故，如图4所示。此外，随着冷却速率的降低和银含 量的增加，共晶组织变的粗糙，弥散纤维状Ag3Sn化合物减少，块状Ag3Sn成为 主要化合物相，在低应力或温度循环条件下易碎特性容易产生缺陷。试验还发现 热循环后SAC305组织没有明显的粗化，热稳定性好。因此可以通过减少Ag含量 来减少块状Ag3Sn化合物，因为低Ag含量合金对冷却速率依赖性较小。
图7 慢速冷却下焊点内部出现的空洞与偏析
Sn9Zn
Sn8Zn3Bi
Sn8Zn6Bi
图8 不同成分钎料在快速冷速下的焊点组织
图 9 Sn25Bi/Cu 界面出现的剥离现象（SEM）
3.不同再流焊冷却速率研究
实际工业生产中，焊接设备的冷却能力达不到上述快速冷却要求。对于无铅 再流焊工艺，冷却速率在小范围内变化是否会影响焊点质量，周惠玲和徐波等研 究人员选用不同种类焊膏，取峰值温度 240～245℃，对 QFP 和片式阻容元件进 行了焊后质量分析。
Abstract: Cooling rate affects mechanic property and reliability of solder joint markedly in lead-free reflow soldering. Rapid cooling rate can fine structure, control indirectly thickness and modality of intermetallic compound, affect failure style and reinforce performance of solder joint, but stress induced by mismatching between components and PCB materials brings about invalidation of produce. The paper summarizes the work of documents and projects a experiment of oven cooling, air cooling and water cooling for reflow soldering, tests solder joints strength and analyzes metallograph of interface compound as well. The optimums cooling rate is 3 to 6 Celsius per seconds in electronic industry.
2.冷却速率对焊点质量的影响
2.1冷却速率对焊点强度的影响 Denis Barbini等人对不同冷速下焊点组织结构进行研究发现：由快速冷却
作者介绍：史建卫（1979-），男，毕业于哈尔滨工业大学，主要从事 SMT 工艺与设备方面的研究
（2.5℃/s）过渡到慢速冷却（0.5℃/s），焊点组织由均质向离散变化，金属间化 合物由薄变厚、由平滑变粗糙。对冷速为2.5℃/s下有铅样品和无铅样品进行热循 环后强度测试，发现剪切强度中位数分别降低23％和17％，无铅钎料抗蠕变性能 优于有铅钎料。对于无铅焊点，快速冷却形成的细小富锡枝状晶和锡基体中弥散
界面反应和原子扩散增强，IMC厚度增加。试验还发现冷速越小，IMC形状起伏 越大，对于无铅钎料/Cu界面，再流焊时间超过 40s就会产生扇贝状Cu6Sn5，对SMT 焊点起到劣化作用。
水冷106℃/s
风冷5.4℃/s
炉冷0.5℃/s
图6 不同冷却速率下SnAg/Cu界面IMC形态
2.5 冷却速率对成分偏析的影响 慢速冷却易产生粗糙表面、焊点内部空洞和偏析等缺陷，其主要出现在含有
会导致较高的材料强度；当晶界产生划移占主导时，大颗粒结构会导致较高的材
料强度。Βιβλιοθήκη Baidu
2.2冷却速率与应变速率之间的关系
Maveety.J.G等人试验研究发现：快速冷却（50℃/s）下焊点组织对应变速率 非常敏感，慢速冷却（2℃/s）下焊点组织延展性好，对应变速率不敏感。快速 应变速率（10-3/s～10-1/s）易产生焊点硬化，提高焊点剪切强度。表1为10-1/s应 变速率下快速冷却和慢速冷却焊点剪切强度的提高程度。值得注意的是10-3/s应 变速率下，Sn3.5Ag的强度和延展性均好于Sn0.7Cu和Sn37Pb，而纯锡无论是快 速冷却还是慢速冷却强度都最低。
图2 不同冷却速率下Sn3.5Ag0.7Cu工程应力-应变曲线
图3 不同钎料成分极限拉伸强度和0.2%应力随应变速率变化关系
2.3 冷却速率对焊点热循环寿命的影响 焊点热循环寿命受蠕变、疲劳、高温氧化及钎料的冶金性能等多种因素影响。
热循环失效是指焊点在温度循环或功率循环过程中，由于芯片载体材料和基板材 料存在明显的热膨胀系数（CTE）差异所导致的蠕变－疲劳失效。通常SMT中芯 片载体材料为Al2O3陶瓷，CTE为6.0ppm/℃，基板材料为环氧树脂/玻璃纤维FR4
关键词：冷却速率，无铅再流焊，金属间化合物，焊点质量，应变速率
Effect of Cooling Rate on Solder Joint Quality In Lead-free Reflow Soldering
Shi Jianwei1, Jiang Liuxue, Liang Yongjun, Yang Jianming, Chai Yong Sun East Electronic Technology Company Lt.d, Shenzhen, 518103 China
（a）水冷 12℃/s
（b）炉冷 0.018℃/s
图5 不同冷却速率下焊点拉伸断口型貌
2.4冷却速率对焊点组织和IMC形态及厚度的影响 X.DENG等人通过试验研究发现：水冷（106℃/s）和风冷（5.4℃/s）条件下
无铅钎料/Cu界面IMC层的厚度相对炉冷（0.5℃/s）条件下薄，呈层状，生长面
较平坦，而炉冷条件下IMC呈扇贝状，生长面厚度不均，如图 6 所示。IMC厚度 变化之所以受冷却速率变化的影响，是因为冷速减小时相当于再流焊时间延长，
史建卫1，江留学，梁永君，杨建民，柴勇 日东电子科技（深圳）有限公司，广东，深圳，518103
摘 要：无铅再流焊中冷却速率影响焊点力学性能及可靠性。快速冷却可以细化组织， 间接控制金属间化合物厚度和形态，影响焊点断裂模式，提高焊点综合性能。但由于元件与 PCB等材料的热不匹配性而造成的较大应力，易造成元件或焊点失效等。本文通过对文献中 研究结果的总结，设计了炉冷、空冷和水冷等几种再流焊冷却方式，并对焊点进行了强度测 试和组织成分分析，建议工业用最佳冷却斜率控制在3～6℃/s。
的细小Ag3Sn等颗粒使焊点抗断裂强度提高，从而改善抗蠕变性能；慢速冷却形 成粗大的晶粒，在焊点基体内和界面层出现Ag3Sn、Cu6Sn5或Ni3Sn4等块状金属 间化合物（如图1），容易产生裂纹并快速扩展，导致可靠性下降。
图 1 SnAg/Cu 焊点内出现的各种金属间化合物
S.K.Kang等人试验发现：快速冷却（3℃/s）增加极限拉伸强度和 0.2%应力， 提高焊点剪切强度 20%之多，有的甚至高达 50%左右；增强Sn0.7Cu、Sn3.5Ag、 Sn3.5Ag0.7Cu及Sn4.0Ag0.5Cu无铅钎料可靠性。观察Sn3.5Ag和Sn4.0Ag0.5Cu微 观结构和应力值变化，发现Sn3.5Ag钎料中晶界滑移机制在变形过程中并不明显， 抗蠕变性能的提高主要是弥散分布的Ag3Sn颗粒起到了强化作用。值得注意的 是，慢速冷却降低了Sn0.7Cu、Sn3.5Ag无铅钎料和纯锡的剪切强度，但会轻微增 加Sn37Pb钎料的剪切强度，这一现象要联系合金的变形机理来分析。小应变下 晶界产生划移，大应变下位错产生划移。当位错产生划移占主导时，细颗粒结构
Key words: Cooling Rate; Lead-free Reflow Soldering; Intermetallic Compound (IMC); Solder Joint Quality; Strain Rate
1.引言
无铅化电子组装给传统组装工艺带来了一次变革，包括材料、设备及工艺各 个方面，设计、生产及检测等各个阶段，均出现了新的要求与规范。就焊接工艺 而言，无铅再流焊后的冷却速率问题引起了业界的广泛关注。众多研究表明，快 的冷却速率有利于焊点力学性能和可靠性的改善与提高。但在实际生产中，一方 面考虑焊接设备结构设计所能达到的冷却能力，另一方面考虑快速冷却产生的负 面影响，比如元件爆裂和分层失效等。最佳冷却速率的研究迫在眉睫，值得注意 的是，本文所述冷却速率是指焊点冷却到钎料熔点以下30℃或更多这一区间的平 均斜率，无铅焊接中常以180℃为基准，也有以150℃为基准的，一般认为温度低 于此值后焊点组织结构不再发生明显变化。
3.1 冷却速率对焊点强度的影响 首先对不同冷速下QFP引脚焊点进行 45 度拉脱试验，之所以选择 45 度是原
因这个角度可以有力的结合加载在焊点上的剪切和拉伸两种力而得到较为精确 的测定值。徐波等人选用Sn3.5Ag、SAC305 和Sn37Pb三种焊膏，制定四种冷却 速率，拉脱试验结果见表 2。周惠玲等人选用水冷机制冷、循环水冷却和随炉冷 却三种方式对SAC305 焊点进行作业，同时为了反映冷速对焊点强度的影响程度， 进行了冷速为 2.5℃/s时不同氧含量对Sn3.5Ag和SAC305 焊点强度的影响，表 3 为不同条件下焊点的拉脱载荷值。从试验结果可以看出：快速冷却和低氧含量有 助于提高焊点拉脱强度；当冷速大于 2.8℃/s后焊点拉脱强度提高程度不大，而 低氧含量条件下促进润湿而改善焊点几何形状，对强度影响较大；各种实验条件 下，Sn3.5Ag焊点拉脱强度都低于SAC305 焊点，可能原因是SAC305 中更细小的 Cu6Sn5和Ag3Sn颗粒强化作用更大。
冷却速率对焊点热循环疲劳寿命和高温蠕变断裂寿命的影响趋势不尽相同。 疲劳辉纹是疲劳断裂的主要特征，沿晶断口是蠕变断裂的主要特征，高温下有时 也出现穿晶。金属抗疲劳性随着晶粒的细化而增加，快速冷却有利于提高应变抗 力，改善焊点抗疲劳性能。金属抗蠕变性与晶粒的大小有关，冷却速率越大，晶 界数目越多，沿晶裂纹的数目就增加，焊点的抗蠕变能力就降低。Young-Sun Kim 等人对不同冷速下钎料断口进行SEM观察，结果发现炉冷断面断口较平坦，空洞 较少，沿晶裂纹细小，滑移线细密；而水冷断面空洞、韧窝较多，有明显的剪切 滑移痕迹，如图5所示。空洞的变化可能是由于炉冷冷却速率低，气体容易逸出， 而水冷冷却速率快，焊剂和水分等产生的气体来不及逃逸而保存下来形成气孔或 空洞，同时也产生了许多微小空位。朱颖等人试验发现水冷焊点在热循环过程中， 空位会不断聚集形成较多空洞、韧窝、不平整的断面，降低了焊点的热循环寿命， 但不呈现线形关系。实际焊接过程中，要求优化工艺流程，调整温度曲线，降低 焊剂残留量，使快速冷却的优势得以发挥。
复合板，CTE为20.0ppm/℃。当环境温度发生变化或元件本身工作发热冷却时， 由于二者间CTE差异，在焊点内部就产生周期性变化的应力应变过程，在疲劳和 蠕变的共同作用下导致焊点的失效。
Sn3.0Ag0.5Cu
Sn3.5Ag0.7Cu
Sn3.9Ag0.6Cu
图4 不同钎料成分在不同冷却速率下的焊点组织
Zn和Bi元素的钎料中。如图7所示，SnZnBi钎料在0.018℃/s冷速下，内部组织产 生大的空洞和Bi的严重偏析。快速冷却可以减小和防止这种缺陷，但是如果含量 过高，快速冷却的作用就被弱化。图8为含不同成分Bi元素的钎料在8.3℃/s冷却 速率下的焊点组织，可以看出当Bi含量为3wt%时快速冷却可以防止Bi偏析，但 Bi含量为6wt%时，同样会出现偏析现象。赵智力等人对无铅波峰焊焊点剥离现 象进行研究，试验发现，较多Bi含量的无铅钎料在快速冷却下也会产生剥离现象， 如图9所示，快速冷却对剥离现象影响不是很明显。
表 1 不同冷却速率下焊点剪切强度的提高程度
条件
应变速率：10-1/s
Sn Sn0.7Cu Sn37Pb Sn3.5Ag
快冷 29%
30%
52%
69%
慢冷 19%
24%
52%
49%
K.S. Kim等人对8.3℃/s、0.43℃/s和0.012℃/s三种冷却速率下的SAC合金进行 剪切强度测试。图2为Sn3.5Ag0.7Cu在不同冷速下工程应力-应变曲线，应变速率 在10-1/s～10-2/s之间时，快冷比慢冷强度增加了近50%。图3为不同钎料成分极限 拉伸强度和0.2%应力随应变速率变化关系图，可以看出Sn3.5Ag0.7Cu钎料抗拉强 度和0.2%应力最高，这主要是因为β-Sn+Ag3Sn共晶组织的面积份数小和Ag3Sn化 合物程小颗粒均匀分布的缘故，如图4所示。此外，随着冷却速率的降低和银含 量的增加，共晶组织变的粗糙，弥散纤维状Ag3Sn化合物减少，块状Ag3Sn成为 主要化合物相，在低应力或温度循环条件下易碎特性容易产生缺陷。试验还发现 热循环后SAC305组织没有明显的粗化，热稳定性好。因此可以通过减少Ag含量 来减少块状Ag3Sn化合物，因为低Ag含量合金对冷却速率依赖性较小。
图7 慢速冷却下焊点内部出现的空洞与偏析
Sn9Zn
Sn8Zn3Bi
Sn8Zn6Bi
图8 不同成分钎料在快速冷速下的焊点组织
图 9 Sn25Bi/Cu 界面出现的剥离现象（SEM）
3.不同再流焊冷却速率研究
实际工业生产中，焊接设备的冷却能力达不到上述快速冷却要求。对于无铅 再流焊工艺，冷却速率在小范围内变化是否会影响焊点质量，周惠玲和徐波等研 究人员选用不同种类焊膏，取峰值温度 240～245℃，对 QFP 和片式阻容元件进 行了焊后质量分析。
Abstract: Cooling rate affects mechanic property and reliability of solder joint markedly in lead-free reflow soldering. Rapid cooling rate can fine structure, control indirectly thickness and modality of intermetallic compound, affect failure style and reinforce performance of solder joint, but stress induced by mismatching between components and PCB materials brings about invalidation of produce. The paper summarizes the work of documents and projects a experiment of oven cooling, air cooling and water cooling for reflow soldering, tests solder joints strength and analyzes metallograph of interface compound as well. The optimums cooling rate is 3 to 6 Celsius per seconds in electronic industry.
2.冷却速率对焊点质量的影响
2.1冷却速率对焊点强度的影响 Denis Barbini等人对不同冷速下焊点组织结构进行研究发现：由快速冷却
作者介绍：史建卫（1979-），男，毕业于哈尔滨工业大学，主要从事 SMT 工艺与设备方面的研究
（2.5℃/s）过渡到慢速冷却（0.5℃/s），焊点组织由均质向离散变化，金属间化 合物由薄变厚、由平滑变粗糙。对冷速为2.5℃/s下有铅样品和无铅样品进行热循 环后强度测试，发现剪切强度中位数分别降低23％和17％，无铅钎料抗蠕变性能 优于有铅钎料。对于无铅焊点，快速冷却形成的细小富锡枝状晶和锡基体中弥散
界面反应和原子扩散增强，IMC厚度增加。试验还发现冷速越小，IMC形状起伏 越大，对于无铅钎料/Cu界面，再流焊时间超过 40s就会产生扇贝状Cu6Sn5，对SMT 焊点起到劣化作用。
水冷106℃/s
风冷5.4℃/s
炉冷0.5℃/s
图6 不同冷却速率下SnAg/Cu界面IMC形态
2.5 冷却速率对成分偏析的影响 慢速冷却易产生粗糙表面、焊点内部空洞和偏析等缺陷，其主要出现在含有
会导致较高的材料强度；当晶界产生划移占主导时，大颗粒结构会导致较高的材
料强度。Βιβλιοθήκη Baidu
2.2冷却速率与应变速率之间的关系
Maveety.J.G等人试验研究发现：快速冷却（50℃/s）下焊点组织对应变速率 非常敏感，慢速冷却（2℃/s）下焊点组织延展性好，对应变速率不敏感。快速 应变速率（10-3/s～10-1/s）易产生焊点硬化，提高焊点剪切强度。表1为10-1/s应 变速率下快速冷却和慢速冷却焊点剪切强度的提高程度。值得注意的是10-3/s应 变速率下，Sn3.5Ag的强度和延展性均好于Sn0.7Cu和Sn37Pb，而纯锡无论是快 速冷却还是慢速冷却强度都最低。
图2 不同冷却速率下Sn3.5Ag0.7Cu工程应力-应变曲线
图3 不同钎料成分极限拉伸强度和0.2%应力随应变速率变化关系
2.3 冷却速率对焊点热循环寿命的影响 焊点热循环寿命受蠕变、疲劳、高温氧化及钎料的冶金性能等多种因素影响。
热循环失效是指焊点在温度循环或功率循环过程中，由于芯片载体材料和基板材 料存在明显的热膨胀系数（CTE）差异所导致的蠕变－疲劳失效。通常SMT中芯 片载体材料为Al2O3陶瓷，CTE为6.0ppm/℃，基板材料为环氧树脂/玻璃纤维FR4
关键词：冷却速率，无铅再流焊，金属间化合物，焊点质量，应变速率
Effect of Cooling Rate on Solder Joint Quality In Lead-free Reflow Soldering
Shi Jianwei1, Jiang Liuxue, Liang Yongjun, Yang Jianming, Chai Yong Sun East Electronic Technology Company Lt.d, Shenzhen, 518103 China
（a）水冷 12℃/s
（b）炉冷 0.018℃/s
图5 不同冷却速率下焊点拉伸断口型貌
2.4冷却速率对焊点组织和IMC形态及厚度的影响 X.DENG等人通过试验研究发现：水冷（106℃/s）和风冷（5.4℃/s）条件下
无铅钎料/Cu界面IMC层的厚度相对炉冷（0.5℃/s）条件下薄，呈层状，生长面
较平坦，而炉冷条件下IMC呈扇贝状，生长面厚度不均，如图 6 所示。IMC厚度 变化之所以受冷却速率变化的影响，是因为冷速减小时相当于再流焊时间延长，