无铅焊料的蠕变行为研究进展
纳米压入法研究无铅焊料应变率敏感性
０．７Ｃｕ及 Ｓｎ－３．５Ａｇ无铅 焊 料 的 室 温 应 变 率 敏 感 性 进
行研究。相同压 深 下，压 入 载 荷 随 着 加 载 应 变 率 的 提
高而增大；３ 种 焊 料 的 接 触 刚 度 均 随 压 深 近 似 线 性 增
加 ，不 同 应 变 率 下 弹 性 模 量 基 本 不 变 ；硬 度 随 着 应 变 率
３ 结 果 与 讨 论
３．１ 载 荷 －位 移 曲 线 图 １ 为 不 同 加 载 应 变 率 （Ｐ·／Ｐ）下 Ｓｎ－３．０Ａｇ－
０．５Ｃｕ、Ｓｎ－０．７Ｃｕ、Ｓｎ－３．５Ａｇ 的 载 荷－位 移 曲 线。 可 以 看出 当 载 荷 相 同 时，应 变 率 越 小，压 入 产 生 的 位 移 越 大，即较低的应变率产生了较大的压入深度，材 料表现 出明显的应变率 敏 感 性。 对 于 粘 塑 性 软 焊 料［１５］，应 变 率 较 低 时 ，达 到 相 同 的 载 荷 所 需 时 间 较 大 ，压 入 过 程 中 粘 性 变 形 充 分 ，产 生 了 较 大 的 压 入 位 移 。
关 键 词 ： 无 铅 焊 料 ；应 变 率 敏 感 性 ；纳 米 压 入 ；力３
文 献 标 识 码 ：Ａ
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－９７３１．２０１５．０１．００９
１ 引 言
Ｓｎ－Ｐｂ焊料以其较低的回 流 焊 接 温 度 和 优 异 的 焊 接性能在微电 子 互 连 中 起 到 了 至 关 重 要 的 作 用，但 长 期使用会给人 类 的 生 活 环 境 和 生 命 安 全 造 成 危 害，近 年来关于新型无铅焊料的开发及对其综合性能的研究 方兴未艾 。 ［１－２］ 无铅焊料为微电 子 组 件 的 互 连 提 供 电 、 热及机械连接，在 提 供 电 气 连 接 的 同 时 也 保 证 了 各 组 件的机械固定，因 此 对 于 无 铅 焊 料 相 关 力 学 性 能 的 研 究就显得尤为重要。
Sn_4_8Bi_0_7Cu无铅焊料的压入蠕变行为
由图 2可知, 压头压入的位移量随着温度的升 高和应力的增加而增大, 焊料的蠕变趋 势很明显。 就每一个图, 即在相同温度下, 压力越大, 压入位移 量也越大, 蠕变也越快。分别比较 4个图的相同应 力情况, 压入位移量 也随着温度的 升高而增大。 4 个图中, 蠕变第一阶段的蠕变量较小, 蠕变曲线的特 征不明显, 而稳态蠕变阶段曲线特征明显, 压入位移 量与压入时间基本呈线性关系。由于随着压入位移 的增加, 压头受到的阻力增加, 与压头端面接触的表 面受到的应力减小, 曲线上无拉蠕变所表现的第三 阶段。在较低温度和低应力时 ( 如图 2( a)、( b) ) 蠕
Sn-B i无铅焊料因其熔点低, 是一 种具有潜力 的无铅焊料。低熔点在钎焊中有很大优势, 特别 适用于不具有 高温性 能的电 子元 件和 电路板 [ 4] 。
焊料及焊点的蠕变性能对产品可靠性 有着重要的 影响。本文对 Sn-4 8B -i 0 7Cu无铅焊料的压入蠕 变行为进行研究, 得到其 应力指 数、蠕变 激活 能、 材料结构常数, 以及蠕变本构方程, 并讨论其压入
常数; 是应力; n 是应力指数; Q 是表观蠕变激活
第 2期
曾 明 等: Sn-4. 8B-i 0. 7Cu 无铅焊料的压入蠕变行为
71
能; R 是气体常数; T 是绝对温度。
通过对式 ( 1) 进行变换, 可知: ln 和 ln 成直
线关系, 斜率为应力指数 n;
ln
和
1 T
成直线关系,
斜率为-Q /RT。
收稿日期: 2010-01-26 基金项目: 四川省教育厅重点培育项目 ( 07ZZ033) ; 西华大学材料加工工程省级重点学科基金支持 作者简介: 曾 明 ( 1965-) , 男, 四川成都人, 教授, 主要研究方向为新材料及成型技术研究。
无铅焊锡丝用助焊剂的研究及发展趋势
无铅焊锡丝用助焊剂的研究及发展趋势摘要：随着现代化社会发展，人们环保意识增强，对含铅、含汞等电子产品谈之色变，因此也进一步推动了无铅电子产品的大力研发和推广。
手工焊接在电子产品焊接中发挥不可替代的重要作用，而无铅焊锡丝用助焊剂的研发势在必行。
需要对各种类型的无铅焊锡丝用助焊剂进行科学性分析与研究，明确其应用要点，推动研究力度，为行业发展提供动力支持。
本文主要对无铅焊锡丝用助焊剂的研究现状以及未来发展趋势进行综合性分析。
关键词：无铅焊锡丝助焊剂研究发展趋势现代化经济发展背景下，人们的环保意识增强，加强对对自身身体健康的关注力度。
而铅这类物质对人体健康破坏性较大，而且还容易引起环境污染。
因此，越来越多的国家禁止使用含铅产品。
这种国际背景下，无铅焊料被逐渐被研发出来，并得到广泛应用。
无铅化的发展对电子行业带来了极大的技术挑战，只有秉持绿色设计和制造的理念，加大无铅焊料的研发力度，才能为其全面推广与应用奠定良好的基础。
[1]随着现代化科学技术的发展，再流焊接与波峰焊接技术日渐盛行，优势明显。
但是手工焊接仍然是一种不可或缺的重要技术方式，尤其是在复杂组装工艺中是穿孔组建作业中需要应用到，同时在对家电、仪表仪器等进行焊接、补焊时往往需要应用到焊锡丝。
基于此，需要对无铅焊锡丝用助焊剂进行持续性研究。
一、助焊剂作用、特性、分类我国在2007年初颁布相关法律文件，不再准许使用含有铅、汞、镉等有毒有害物质的电子产品。
现阶段我国逐渐向无铅时代进行过渡。
结合当前的研发成果来看，无铅焊丝用助焊剂包含很多类型，而且可以结合分类指标的不同，对其进行如下分类：按照松香角度，氛围松香型、低松香型、无松香型；从而卤素含量包含低卤素和无卤素；从焊后清洗角度包含清洗型和免清洗型。
[2]（一）作用在电子产品组装技术应用中，势必要应用中助焊剂，在具体应用中，主要发挥其物理、化学特性，达到钎焊目的，形成保障和焊点质量。
随着在现代化科学技术发展支持下，气氛焊接、真空焊接方式被研发和应用，但是成本较高，可操作性较低，而且应用稳定性不足，因此，现阶段在电子产品封装行业中，仍然使用助焊剂作为主要方式。
Sn_0_3Ag_0_7Cu低银无铅微尺度焊点的蠕变性能研究_尹立孟_姚宗湘_耿
微尺度焊点在电子封装系统和结构中通常起到 电连接、散热以及机械连接等关键作用，大部分电 子产品的性能退化与提前失效是由于微焊点的力学 失效造成的，而蠕变就是其中最主要的力学失效形 式之一[1-4]。当同系温度大于 0.5 时，焊点钎料合金 的蠕变变形就会非常明显。然而，无论采用传统Sn-Pb 钎料还是新型无铅钎料，即使是在室温环境下工作，
从图 2 中可以看出，所有微尺度焊点的蠕变曲
线均呈现出典型的蠕变特征，即出现了明显的三个
蠕变阶段：初始蠕变阶段、稳态蠕变阶段和加速蠕
变阶段。同时，在相同应力载荷（15 MPa）作用下，
随着温度的升高，微焊点在稳态蠕变阶段的蠕变速
率增大，如 125 ℃时，微焊点的稳态蠕变速率为 8.8×10–5/s，是 80 ℃时的近 30 倍。但是温度升高导
其中，采用添加质量分数 5%ZnCl2的松香酒精 作为钎剂，钎焊时温度控制在高于钎料熔化温度 20~30 ℃，待钎料熔化填满两铜引线间隙后保温 10 s 左右后风冷至室温。然后，将焊好的微尺度焊点样 品精细磨平、抛光，直至其最终焊点直径为 400 μm、 焊点高度为 200 μm。
所有精密蠕变实验均在高精度的动态力学分析 仪DMA（Q800，TA-Instruments）上进行，DMA的 力解析度为 0.1 mN，应变解析度为 1 nm，夹具选用
σ 为应力；n 为应力指数；Q 为蠕变激活能；R 为气
体常数；T 为热力学温度。其中蠕变激活能 Q 是幂
律公式中一个重要的参数，对于分析蠕变变形的规
Sn-Bi系无铅焊料可靠性的研究进展
Sn-Bi系无铅焊料可靠性的研究进展摘要：电子封装产业的无铅化是国民经济发展的重要方向，本文根据近年来无铅焊料的新发展趋势，着重叙述了Sn-Bi系无铅焊料的研究进展，阐述了Sn-Bi系无铅焊料的优缺点，以及合金化对其性能的改良情况。
最后展望了无铅焊料的发展趋势和新的发展思路。
关键词：Sn-Bi焊料；无铅；可靠性；脆性1 前言传统电子行业中，Sn-Pb焊料以其优异的物理冶金性能，广泛应用于电子封装领域。
然而Sn-Pb焊料中主要金属元素铅是有毒重金属，美国和欧盟均相继通过立法对含铅电子产品逐步禁止使用Sn-Pb焊料。
针对这一趋势，各主要工业国相继开展了无铅钎料的研制，目前商业化最成功的无铅焊料为SAC305（典型成分：96.5%Sn/3.0%Ag/0.5%Cu）和其同系列焊料。
三元Sn-Ag-Cu焊料降低了Sn-Ag焊料的高成本，也增加了焊料在铜基板上的润湿性，是电子封装行业里最受欢迎的无铅钎料。
当前，无铅焊料的研发主要目标是在性能、成本上完全替代Sn-Pb焊料，除前文叙述的Sn-Ag-Cu合金外，Sn-Zn、Sn-Cu、Sn-Ag二元合金及其衍生多元合金的性能均不如Sn-Pb合金，尤其是在焊料温度方面[1]，Sn-Pb合金的共晶温度点约为183oC，而Sn-Ag系、Sn-Cu系、Sn-Zn系合金的共晶温度分别约为221oC、227oC和198oC，均高于Sn-Pb合金，这给电子封装可靠性带来了十分不利的影响。
Sn-Bi合金以其低熔点（139oC）广泛应用于温度敏感器件、防雷等设备的封装，尤其在多层基板封装工艺上更加适合回流工艺。
此外，Sn-Bi系合金的抗热疲劳性能及抗蠕变性好、润湿性好，且Bi能够降低或阻碍Sn合金中的锡须生长，极大地增加了电子封装的应用可靠性[2]。
但同时，Sn-Bi系合金的缺点也很明显：脆性高、延展性差、机械加工性能差。
合金化成为了克服Sn-Bi系合金缺点的主要手段。
2 Ag、Cu添加对Sn-Bi合金的影响。
改善sn-bi系无铅钎料力学性能的研究进展
改善系无铅钎料力学性能的研究进展闫丽静,黄永强,纪海涛,张艳华（广东科技学院机电工程学院，广东东莞523083）摘要：电子产品微型化、集成化、绿色化促进了无铅钎料的发展。
Sn-Bi系钎料以其优良的综合性能成为近年来比较有发展潜力的低温无铅钎料之一，但是Sn-Bi系钎料中Bi的脆性在很大程度上限制了其应用。
综述了Ag、Cu、Zn、Sb、Ni、稀土元素以及冷却方式和温度对Sn-Bi系钎料力学性能的影响及机理，并展望了改善Sn-Bi系钎料力学性能的研究方向。
关键词：Sn-Bi系钎料；合金元素；力学性能中图分类号：TG425文献标志码：C文章编号：1001-2303（2020）02-0041-04 DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2020.02.08本文参考文献引用格式：闫丽静，黄永强，纪海涛，等.改善Sn-Bi系无铅钎料力学性能的研究进展[J].电焊机，2020，50（2）：41-44.收稿日期:2019-12-07基金项目:东莞市社会科技发展（一般）资助项目（20185071541102）；2016年广东科技学院重点项目（GKY-2016KYZD-2）；2019年度广东科技学院大学生创新创业训练计划项目作者简介:闫丽静（1980—），女，硕士，副教授，主要从事无铅钎料性能的研究。
E-mail：82229023@。
0前言近年来，随着新型电子元器件向着微型化、薄型化、集成化和绿色环保方向发展，要求封装基板和印刷电路板越来越薄，为了避免回流处理时过度加热而损害较薄印刷电路板，低温焊接技术受到业界越来越广泛的关注。
为此，电子封装中连接器件与基底间的钎料就需要具有较低的钎焊温度。
Sn-Bi系合金钎料具有熔点低、润湿性好、力学强度高、价格低廉等优点[1-2]，特别是Sn-58Bi共晶钎料熔点只有139℃，低于目前主流无铅钎料Sn-Ag-Cu熔点近80℃，已在低温焊接工艺和发光二极管（LED）等无铅电子产品组装焊接中得到广泛应用。
纳米无铅焊料的研究进展
Ｉ １ ． Ｓ ｈ ｅ ｎ ｚ ｈ ｅ ｎ Ｋ ｅ ｙ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆ Ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｃ ｅ ｄ Ｍ ａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ． Ｓ ｈ ｅ ｎ ｚ ｈ ｅ ｎ Ｇ ｒ ａ ｄ ｕ ａ ｔ ｅ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ， Ｈ ａ ｒ ｂ ｉ ｎ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｓ ｈ ｅ ｎ ｚ ｈ ｅ ｎ ５ １ ８ ０ ５ ５ ． Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ． Ｙ ｉ ｋ Ｓ ｈ ｉ ｎ ｇ Ｔ ａ ｔ Ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｉ ａ ｌ Ｃ ｏ ． Ｌ ｔ ｄ ． ， Ｓ ｈ ｅ ｎ ｚ ｈ ｅ ｎ ５ １ ８ １ ０ １ ． Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
２ ０ １ ４ 年１ 月
第３ ５ 卷 第１ 期
Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
电 子 工 艺 技 术
・
综述 ・
纳米 无铅焊料 的研 究进展
杨 明 ，韩蓓蓓 ，马鑫 ，李明雨
（ １ ． 哈 尔滨工 业大学 深圳研究 生院先进材料深 圳重 点实验室 ，广东 深圳 ５ １ ８ ０ ５ ５ ； ２ ． 深圳市亿铖达工业有 限公 司 ，广 东 深圳 ５ １ ８ １ ０ １ ） 摘 要 ：电子 封装 互 连 过程 中 ，无 铅 锡基 焊 料 是 常用 的连 接 材料 。然而 ，由于 其较 高 的熔 点 （ ２ １ ０～
２ ４ ０℃ ），在 电子器 件连接过 程中需施加较 高的 回流温度 ，这 不仅增加 了电子组 装过程 中的能耗 ，也 大大降低 了器件 的可靠 性 。纳米无铅 焊料具有热力学 尺寸效应 ，其熔 点较块体 材料有大幅度 的降低 ，从 而受到了越来越 广泛 的关注 。综述 了近年来 国内外纳米无 铅焊料 的发展动态 ，介 绍了常用 的纳米无铅焊 料的制 备方法及影响纳 米颗粒 尺寸的 因素 ，总结 了纳米无铅焊料在 应用和存放过程 中所产 生的问题 ，同时也对 纳米无铅 焊料 未来产业
Au80Sn20无铅钎料的可靠性研究
Au80Sn20无铅钎料的可靠性研究*范琳霞，荆洪阳，徐连勇(天津大学材料科学与工程学院，天津 300072)摘要：随着电子产品小型化，无铅化的发展，对焊料提出了更高的要求。
无铅钎料Au80Sn20由于具有优良的力学性能在高可靠性气密封装和芯片焊接中被广泛应用。
本文综述了近几年来Au80Sn20的发展状况，重点介绍了该焊料的可靠性研究。
关键词：无铅钎料；Au80Sn20；可靠性；力学性能Reliability Study Of Au80Sn20 Lead-free SolderFan Lin-xia, Jing Hong-yang, Xu Lian-yong(School of Materials Science and Engineering,Tianjin University ,Tianjin 300072,China) Abstract: with the miniaturized and lead-free development of electronic products ,higher demand is put forward about solder . Lead-free solder Au80Sn20 is widely applied in high reliable hermetic package and die welding due to excellent mechanical property.The text summarizes the development status of Au80Sn20 in recent several years,and emphasizes to introduce the reliability study of the solder.Keywords: Lead-free Solder; Au80Sn20; reliability; mechanical property1 前言共晶SnPb焊料作为主流的互连材料长期以来一直广泛用于电子工业中。
CuSACCu微焊点变温原位塑性及蠕变行为研究
Cu/SAC/Cu微焊点变温原位塑性及蠕变行为研究随着表面组装技术的广泛应用,电子元器件的尺寸愈来愈小,使得焊点的尺寸也愈来愈小,而焊点所承受的热学、电学以及力学载荷却愈来愈大,微焊点的可靠性将会是影响整个电子产品性能的一个关键因素。
这就对钎焊封装工艺性能及钎料的力学性能提出了更高的要求,特别是钎料的抗疲劳和抗蠕变性能,以满足电子产品对微焊点可靠性不断增长的需求,使其在服役过程中可靠运行。
本文以课题组自主研发的专利产品低银无铅钎料SAC0705Bi Ni和市场上广泛采用的高银无铅钎料SAC305形成的BGA微焊点为研究对象,采用纳米压痕试验方法,借助微型加热装置,原位研究了不同温度(25℃、50℃、75℃、100℃和125℃)条件下微焊点体钎料的塑性及蠕变行为。
为了获取钎料中加入的微量元素Bi和Ni以及Ag含量对微焊点高温蠕变性能与塑性的影响,本文采用低银无铅钎料SAC0705作为对比。
采用温度巡检仪和Fluke VT02可视红外测温仪实时监测试样的温度。
借助纳米压痕仪自带拍照功能,对不同温度下三种成分微焊点体钎料压头空载后瞬间的压痕形貌进行了拍照,并分析了不同温度下压痕周边形貌。
采用FIB微加工技术获得了压头下方的压痕截面,并采用扫描电镜(SEM)对压痕形貌进行观察分析。
研究了三种成分微焊点体钎料室温下的塑性变形行为,对纳米压痕法获得的压入载荷-深度曲线进行物理反解析,建立了三种微焊点体钎料的应力-应变本构模型;比较了三种微焊点体钎料在室温下抵抗塑性变形的能力;分析了在纳米压痕试验中应变速率对微焊点体钎料塑性变形行为的影响。
结果表明:三种微焊点体钎料中,Cu/SAC0705Bi Ni/Cu的抵抗塑性变形的能力最强。
随着应变速率的增大,压痕深度与尺寸逐渐减小,微焊点体钎料的硬度值随应变速率的增大而升高。
借助纳米压痕方法与自制微型加热辅助装置,获得了变温条件下三种成分微焊点体钎料的硬度、压入弹性模量和塑性因子分别随温度变化的规律,分别建立了这三种力学性能参数与温度之间的本构关系模型。
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；
无铅焊料的研究进展
无铅焊料的研究进展姓名：***学号：************学院: 材料科学与工程专业：金属材料科学与工程摘要随着电子工业的飞速发展和人们环保意识的提高，电子封装行业对无铅焊料提出了更高的要求，本文综述了无铅焊料的研究现状，存在的问题，并重点阐述稀土元素对无铅焊料性能的影响。
关键词：无铅焊料，电子封装，稀土ABSTRACTWith the rapid development of electronic industry and the improvement of environmental awareness, electronic packaging industry, puts forward higher requirements on lead-free solder, lead-free solder was reviewed in this paper the research status, existing problems, and focus on the effect of rare earth elements on the properties of lead-free solder.Key words: Lead-free solder, electronic packaging, rare earth1 前言长期以来，铅锡焊料由于具有较低的熔点、良好的性价比以及已获得性，成为低温含量中最主要的焊料系列。
但是由于所含铅的比例较高，给环境带来了严重的污染，近年来随着人们环保意思的增强和对健康的关注，铅的污染越来越受到人们的重视。
欧盟RoHS及WEEE法令的颁布，严格要求在电子信息产品中不得含有铅等有毒元素。
严格的禁铅条例使电子封装产业对无铅含量提出了更高的要求，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。
世界各国都在对无铅焊料进行了大量的研究，无铅焊接技术也得到了较大的发展，但仍存在着许多问题。
Sn-Zn系无铅焊料抗氧化性和润湿性研究现状
摘要| Sn-Zn无铅焊料由于熔点接近Sn-Pb、价格低廉、无毒性、力学性能优良等特点，倍受人们的关注。
然而由于Zn的表面活性高，在钎焊过程中焊料容易氧化，导致了润湿性能下降。
本文综述合金元素对Sn-Zn无铅焊料氧化性能、润湿性的影响。
并对Sn-Zn焊料今后的研究方向进行了简要分析。
关键词| 无铅焊料；表面活性；抗氧化性；润湿性一、引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，Pb及它的化合物是有毒物质，人类长期接触会给生活环境和安全带来较大的危害。
2006年7月1日欧盟全面实施RoHs指令，即《禁止在电子电气产品中使用某些有毒有害物质的法规》。
我国也在2007年3月1日实施《电子信息产品污染控制管理办法》，电子制造无铅化已成为不可逆转的潮流。
实现电子制造的全面无铅化，以减少环境污染，提升绿色制造竞争能力，以适应国内外市场对绿色电子产品的需求，是电子制造业今后势在必行的举措。
迫于环境和立法的压力，世界上许多国家都纷纷开始新型无铅焊料的研究和开发。
无铅钎料研究的关键技术是新合金系的各项性能如熔点、熔化温度范围、润湿性、力学性能（强度、韧性、抗蠕变性）、物理化学性能（导电性、抗氧化性、抗腐蚀性能）等应与传统的Sn-Pb 钎料相近，而且成本不能过高。
近10年来，国内外已经研究开发出多种无铅钎料合金，其成果主要集中在3个温度段上。
主要包括：高温的Sn-Ag、Sn-Cu、Sn-Sb三个合金系，其熔点在200℃以上，明显的高于传统的Sn-Pb共晶焊料的熔点。
中温的Sn-Zn 系，熔点在180℃～200℃之内，其熔点十分接近传统的Sn-Pb焊料，这是该合金系成为替代传统焊料的最大优势。
熔点在180℃以下的Sn-Bi、Sn-In系属于低温系焊料[注1]。
目前的研究主要是通过向其中添加微量合金元素如：Bi、Cu、RE、Al、In、Cr、Ga、P、S等来改善无铅焊料的熔点和物理机械性能等，开发出价格低廉、无毒性、性能可与Sn-Pb相媲美的新型无铅焊料。
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。
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 forNon-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 point Pb-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。
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。
SnAg基无铅焊料的研究与发展
＊收稿同期：２００１ ０２—１５
万方数据
６·
２００１年第３期
铅制品的生产使用也会有越来越严格的限 制，许多大城市已经明令禁止使用含铅汽 油就是一个很好的例子。以先进的材料取 代原有的ｓｎ—Ｐｂ焊料势在必行。
国外近年来对二元无铅焊料进行了较 深入广泛的研究，采用的方法都是用另外 一种组元取代ｓｎ。Ｐｂ共晶合金巾的Ｐｂ，研 究的体系有ｉ ７－…Ｊ：Ｓｎ—Ｂｉ系、ｓｎ—Ａｇ系、Ｓｎ— ｈ系、Ｓｔｔ－Ｚｔｘ系、Ｓａ－Ｓｂ系等。共晶Ｓｎ－Ａｇ 焊料对电子Ｔ业是很有吸引力的，研究表 明在焊料中，该共晶焊料的剪切强度、蠕变
２焊料一基体的相互作用
除了润湿现象外，焊料、基体之间的相 互作用还包括形成金属间化合物层，基体 金属溶人焊缝。这些相互作用会影响最终 焊接接头的ｎＪ靠性。 ２．１金属间化合物的形成
住钎料／基体界面七，Ｓｎ和共晶ｓｎ— Ａｇ、Ｓｎ—Ｂｉ都形成相同的金属州化台物。 焊接基体为ｃｕ时，近基体侧为ｃｕ；ｓｎ相， 近焊料侧为Ｃｕ６Ｓｎ５：１６，１８’２３ｌ，舨儿乎不能 进入金属』日ｊ化合物层，焊料为Ｓｎ一３．ＳＡｇ 时，ｃｕ—ｓｎ金属问化合物中的银含量小于 １％。当基体为Ｎｉ时，主要形成 ＮｉｌＳｎ４［”·“ｊ，也有ＮｉｌＳｎｚ和亚稳相 ＮｉＳｎ３。Ｎｉ基体上形成金属问化合物的速 度低于Ｃｕ基体。通过热力学汁算可预测 Ｃｕ和各种焊料合金的界面反应产物Ｌ２“。
●共晶组织．Ａ９３Ｓｎ金属间化合物分布 在基本上是纯ｓｎ的基体上，Ａ９３Ｓｎ颗粒与 基体ｓｎ之问存在特定的晶体学取向关系：
｛０１２｝№，ｓＪ／Ｉ １１１｝ｓｎ；（１００）旭岛／／
（１１０｝ｓｎ㈨。
●由于基体Ｃｕ溶人，焊缝中形成 Ｃｕ６Ｓｎ５枝晶。
●焊料／基体界面上形成Ｃｕ Ｓｎ金属 间化台物层，近铜侧为（：ｕ，ｓｎ，近焊料侧为
无铅钎料及其焊点的过冷凝固行为和界面反应研究
无铅钎料及其焊点的过冷凝固行为和界面反应研究1. 引言1.1 研究背景目前的研究主要集中在无铅钎料的选择和应用方面，对其焊接过程中的过冷凝固行为和界面反应的研究还较少。
过冷凝固行为是影响焊接质量的重要因素之一，而界面反应则可能对焊点性能产生重要影响。
对无铅钎料及其焊点的过冷凝固行为和界面反应进行深入研究，有助于提高无铅钎料的焊接质量和可靠性。
本研究旨在通过对无铅钎料及其焊点的过冷凝固行为和界面反应进行系统研究，探讨控制过冷凝固行为和界面反应的方法，为无铅钎料的应用提供更为科学的理论依据和实际指导。
1.2 研究目的本研究旨在探究无铅钎料及其焊点的过冷凝固行为和界面反应，通过深入分析无铅钎料的特点、过冷凝固行为和界面反应的特性，以及探讨控制这些行为和反应的方法，为提高焊接质量、增强焊接强度和稳定性提供理论支持和实践指导。
通过研究，我们希望可以揭示无铅钎料在焊接过程中的变化规律，从而为工程实践中的焊接工艺优化和生产应用提供科学依据。
我们也将关注未来研究方向，为相关领域的学术研究和工程应用提出新的思路和挑战，推动无铅钎料及其焊点的研究和发展。
2. 正文2.1 无铅钎料的特点无铅钎料是一种环保型的钎料，其主要成分为银、铜、锡等金属元素，不含有对环境和人体有害的铅元素。
无铅钎料具有良好的焊接性能，可以在较低的温度下实现高质量的焊接效果。
无铅钎料还具有良好的电导率和热导率，使其在电子元件的焊接中得到广泛应用。
相比传统的含铅钎料，无铅钎料在焊接过程中具有更低的熔点和更好的润湿性，能够减少焊接过程中对焊件的热影响，从而降低焊接过程中产生的应力和变形，提高焊接接头的可靠性和稳定性。
无铅钎料还能有效避免由铅元素引起的环境污染和对人体健康的危害，符合现代社会对环保和健康的要求。
无铅钎料具有更好的环保性能、焊接性能和机械性能，是未来发展的趋势之一。
在电子、通讯、航空航天等领域的焊接应用中，无铅钎料将会得到更广泛的应用和推广。
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Ａｂ ｔａ ｔ Ｌａ ． ｅ ｏｄ ｒ ｈ ｖ ｐａｅ ｂＳ ｏ ｅｓｔ ｂ ｄ ｌ ｕ ｅ ｌ ｔｏ ｉ ｔｒｏ ｎ ｃ ｔｃ ｎ ｌｇ． ｈ ｉ ｓ ｒｃ： ｅ ｄｆ ｅｓ ｌ ｓ ａｅｒ ｌ ｄＰ ．ｎｓ ｌ ｒ ｏ ｅｗｉ ｙ ｓｄｉ ｅ ｃｒｎｃ ｉ ｅｃｎ ｅ ｔ ｅ ｈ ｏ ｙ Ｔ ｅｍａｎ ｒ ｅ ｅ ｃ ｄ ｅ ｎ ｅ ｓｎ ｏ
ｓｌｅ ｃｍｐ ｓ ｉｎ Ａ ｔｒ ｈ ｔｔｅｒｓａｃ ｒｎ ｈ ｒａｉｆｒｃ ｓｅ ． ｏ ｒ ｏ ｏｉｏ ． ｆｅ ａ，ｈ ｅｅ ｒｈｔ ｄｊ ｔｉ ａｅ ｏｅ ａｔｄ ｄ ｔ ｔ ｅ ｎ ｓ Ｓ Ｋ ｙＷ ｏｄ ： ｅ ｄｆ ｅｓｌｅｓ Ｃｅ ｐ ＦｐＣ ｉ Ｂ Ａ ｅ ｒｓ Ｌａ － ｅ ｏ ｒ； ｒｅ； ｌ ｈ ； Ｇ ｒ ｄ ｉ ｐ
包 括三个 部分 ：凸点下 的金属 化层 （ Ｂ Ｕ Ｍ）、凸点 和基板 互连焊 盘。而在ｓ片 Ａ 焊盘 上形成 的 Ｕ Ｍ通 ｉ ｌ Ｂ
常 有三层结 构 ：扩散 阻挡／ 附层 、润湿 层和抗 氧化 粘
层 。焊料 合金通过一次 回流焊在 ｓ片Ａ 焊盘 的Ｕ Ｍ上 ｉ ｌ Ｂ
形 成凸点 ，再通 过二次 回流焊实现 凸点与基板 Ｃ ／ ｉ ｕＮ／
ｒ ｅｒ ｏ ｐ ｉｓ ｉ ｌ ｉ ｒ ｐｍ ｃａ ｉ ｅ ａ ｈ ｔ ｏ ｔ ｎ ｕ ｎ ｃ ｅ ｅｈｎ ｍ＆ｃ ｅ ｃｎｔｕｉ ｑａｏ，ｈ ｆ ｃ ｎ ｒ ｐ ｒ ｅ ｉ ｆｏ ｔ ｓ ｅａｄ ｓ ｃ ｈ ｎ ， ｃｄｇ ｅ ｓ ｒ ｐ ｏｓｔｔｅ ｕｔ ｎ ｔ ｅ ｅｔ ｏ ｅ ｏ ｒｅ ｏ ｊｎ ｉ ｎ ｅ ｉ ｖ ｅ ｉ ｅ ｆ ｓ ｃ ｅ ｐ ｐ ｔ ｓ ｉｓ ｚ
ｐ ｏ ｌｍ ｏ ａ － ｅ ｏ ｅｓ ｒｓ ｏ ｓ ｉ ｙ ｉ ｔ ｅｒ ｈ ｓｃ ｌ ｎ ｃ ａ ｉａ ｐｏ ｅ ｔ ｓ ｅ ｐ ｃ ｌ ｒ ｅ ｅ ｉ ａ ｃ ， ｒ ｐ ｏ ｅ ｒ ｂ ｆｌ ｄｆ ｅ ｓ ｌ ｒ ｅ ｐ ｎ ｉ ｌ ｓ ｈ ｉ ｐ ｙ ｉａ ａ ｄ ｍｅ ｈ ｎ ｌ ｒ ｐ ｒ ｅ ， ｓ ｅ ｉ ｌ ｃｅ ｐ ｒｓ ｔ ｎ ｅ ａｅ ｏ ｒｒ ｅ ｅ ｒ ｄ ｂｉ ｔ ｃ ｉ ａｙ ｓ
要 作用 是 传递 电力 与 电路讯 号 ，提供 散 热途径 ，承
载与保护封装结构 。 Ｉ Ｓ 基 焊 料 合 金 ，如 共 晶 焊 料 ｆ Ｓ３ ７ ｎ ６ １ Ｐｂ， ３ ３
Ａ 焊盘 的冶金 连接 ，最后 形成 图 １ 示 的ｓ片／ ｕ 所 ｉ 凸点／
基板 的互 连结构 。
ｌｕ ｚｏ ｇＵ ｉｅｓｔ ｆ ｃ ｎｅａ ｄＴ ｃ ｎ ｌ ｙ Ｗｕ ａ ３ ０ ４ Ｃ ｉａ Ｈ ａｈ ｎ ｎｖ ｒｉ ｏ ｉ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ． ｈ ｎ４ ０ ７ ． ｈｎ； ｙ Ｓｅ ｇ Ｗｕ ａ ａｉｎ ｌ ａ ｏａｏｙ ｏ ｐｏ ｌ ｔｏ ｉ ， ｈ ｎ４ ０ ７ ， ｈｎ） ｈ ｎＮ ｔ ａ Ｌｂ ｒｔｒ ｒ ｔｅｅ ｒｎｃ Ｗｕ ａ ３ ０ ４ Ｃ ｉａ ｏ ｆ Ｏ ｃ ｓ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
ｔａ ｂＳ ｏ ｅｓ Ｒ ｖ ｗ ｈ ｅｅ ｒｈｄｖ ｌ ｍ ｎ ｆ ｒｅ ｅ ａ ｉ ｆｅ ｄｆ ｅｓｌｅｓｉ ｒｃｎ ｅ ｒ，ｎｖ ｗｓｏ ｅｅａ ｈ ｎＰ ．ｎｓ ｌ ｒ． ｅｉ ｔｅｒｓ ａｃ ｅｅｏ ｅ ｔｏ ｅ ｐｂ ｈｖｏ ｏ ａ． ｅ ｏ ｒ ｎ ｅ ｅ ｔ ａｓ ｉ ｉ ｆ ｖ ｒｌ ｄ ｅ ｐ ｃ ｒ Ｉ ｒ ｄ ｙ ｅ ｓ
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Ｚ ＨＡＮＧ Ｗｅ － ｉ Ａ ｉ ｇ ＣＨ ｈ ｎ Ｌ ｅ－ ｎ Ｗ ＵＹｉ ｉｇ ｎｆ ， Ｎ Ｂ ｎ ， ＡＩ ｅ ， ＶＷ ｉ ｅ Ｓ ｗｅ ， － ｎ ｐ
Ｄ ｃ ｍｅ ｔ ｏ ｅ Ａ Ａ ｔｃｅＩ ： ０ １３ ７ （０ ）４０ ３０ ｏ ｕ ｎ ｄ ： ｒｉｌ １０ ．４ ４２ １ ０ ．１ ．６ Ｃ Ｄ ２ ９
在 电子信 息产 品的微 型化 、低 成本 、多功 能 、 便 携式 以及 高 可靠 性 的要 求 下 ，微 电子封 装技 术不 断创新 ，导致倒 装 芯 片及其 他 面阵列 封装 技术 在微 电子封 装 中得 到广 泛应 用 ，成为 芯片 封装 技术 和表 面贴 装技 术走 向微 小化 的主流 技术 。 电子封装 的主
电子 工 艺 技术
２ １年７ 第３卷第４ ０２ 月 ３ 期
Ｅｅ ｔｏ ｉｓＰ ｏ ｅ ｓＴ ｃ ｎ ｌｇ ｌｃｒ ｎｃ ｒ ｃ ｓ ｅ ｈ ｏｏ ｙ
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无铅焊 料 的蠕 变行 为研究进展
张文斐 ，安兵 ，柴跣 ，吕卫文 ，吴懿平
（ 中科 技大学材料学 院 ，湖 北 武汉 ４ ０ ７ ； 华 ３ ０ ４ 武汉光 电国家实验室 ，湖北 武汉 ４ ０ ７ ３ ０ ４）
摘
要 ：无铅焊 料 已经 逐渐代 替锡铅 焊料广 泛应用 于 电子产 品连接技 术 。但 其在环 境 中的物 理和机械 性
能 ，尤 其是蠕变性能却低 于锡 铅焊料合金 ，成为无铅 焊料 可靠性 的主要 问题 。综述 了近些年来 无铅焊料蠕变性 能 的研究 ，包括蠕变机制 、蠕 变本构方程 、焊点尺 寸 、无 铅合金成分 、金属 间化合物 以及微观 组织 结构对蠕变 性 能影 响等主要研究热点 ，并对此领域 的发展做 出 了展望 。 关键词 ：无铅 焊料 ；蠕变 ；倒装芯片 ；Ｂ Ａ Ｇ 中图分类号 ：Ｔ ６ 文献标 识码 ：Ａ 文章编 号 ：１０ ～ ４ ４（ ０ ２ ０ — １３ ０ Ｎ０ ０ １３７ ２ １ ） ４ ０９—６