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基于Sn—Zn系列的无铅焊可靠性分析(3)

【来源:smta.org.cn】【编辑:toptouch】【时间: 2005-3-10 9:56:55】【点击:

现在焊接中大都使用了封闭式结构,大致工艺流程如下:

焊接时,SMA先被送入真空腔内,然后封闭真空腔并抽真空,使腔内氧气压强度降低到500Pa,之后注入氮气,接着再抽真空,再注氮气,使腔内残留氧气浓度小于50Pa,由于氮气中也含有低于30ppm的氧气,所以腔内总的氧气浓度小于7ppm。然后打开道门,把SMA送入封闭的焊接预热和加热区(注有惰性气体)。焊接周期完毕后SMA被送到出口端的真空腔内,该真空腔已按上述程序进行了抽真空处理,待内通道门关闭后,SMA才从真空腔送出。

N2的使用降低了成本,但是N2的使用总是给我们感觉是一个附加的装置,因而增加了成本,所以总是减少N2的使用或不用。是否利用N2装置取决与很多因素,成本是否增加应该考虑SMT的整个流程和涉及到各个因素。如果从它对提高质量和产量所带来的好处来看,那么它的费用是微不足道的。

3 Sn-Zn系的回流工艺

Sn-Zn的熔点是199℃,而Sn—Pb的熔点度是183℃,如果我们选择回流的峰值温度为235℃。那么Sn—Pb的回流工艺窗口大约为50℃。而Sn-Zn的回流工艺窗口大大地减少。那么在回流段的时间则将减少。而且各元件之间的误差是不可避免的。

为了优化Sn-Zn的回流工艺,减少元器间的温度差,我们从以下三个方面进行:

(1) 优化预热时间 适当延长预热时间,在保证助焊剂蒸发不太快的前提下,使元件在回流峰值前的温度差尽量小.

(2) 优化预热温度 无铅焊的预热温度比传统的Sn—Pb的温度要高出30℃左右。大约在170℃—190℃。这样也可以减少元件之间的温度差.

(3) 优化回流峰值 一般回流峰值在210℃—240℃。无铅焊一般高于230℃。应尽量延长小热量元件的峰值温度时间,这样可以使大元件达到所要求的回流温度,又不至于小元件过热,减少了元件间的温度差.

根据以上的分析,我们可以对Sn-Zn系列的回流曲线进行如下设置:

对以上的曲线段进行一些工艺说明:

1)预热区温度尽量慢一些,选择数值2-3/s,预热时间尽量长些,一般控制在60-90s以内,以便控制有焊膏的塌边而造成焊点的桥接,焊锡球等。

2)保温度选择在170℃到190℃一般持续时间30s-2.5min以缩小各元件之间的温度差。

3)回流温度峰值在230℃以上,我们选择235℃,持续时间保持在20-30s,以保证焊接的润湿性,而成一梯形温度曲线。

4)冷却速度选择-4/ s

4 结论

Zn用于合金元素是足够的。但是如果45%无铅焊料中含有In或Bi元素,In的利用必须限制在0.5wt%以下,Bi必须控制在15wt%以下。

按照物理和力学性能,无铅焊料成分的一些参数必须达到锡铅焊料同等的水平,但是有一些是达不到的。另一项技术变革是用在工业中底板的浸润性达到Sn—Pb共晶浸润的水平。按照注焊剂简单而实用的原则,改变中等温度焊接线将对整个湿润性起补充作用。

同实际运用一样,实际技术数据将快速形成,可以预知,在电子组装中完成无铅焊即将实现。无铅焊成分的选择主要是由实际应用来决定。

随着在电子组装和微电子封装中连接可靠性需求的增加,发展无铅焊的任务就是抓住一个好的时机。这个机遇在减轻Pb毒害的同时加强了焊接材料的本质性能。这是科学和技术界的使命。

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何川鸿,马孝松<|||>
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2005-3-10

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