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文檔簡介
無鉛焊料合金與焊劑第1頁/共24頁2023/4/132對比63Sn/37Pb
Comparewith63Sn/37Pb更高的熔點:高30-40℃,工藝窗口?。桓叩膬r格:1.5-4倍;浸潤性差、潤濕性差;設(shè)備腐蝕強;容易氧化;焊點外觀差;焊點氣孔多(特別是有鉛無鉛混用);缺陷多(定位效應(yīng)差);HigherM.P.:up30-40℃,NarrowProcessWindow;HigherCost:1.5-3.0times;LowerWetting-ability;HigherDeviceErosionRate;OxidizedEasily;BadJointAppearance;MoreHoleinJoint;MoreDefects;第2頁/共24頁2023/4/133典型無鉛焊料合金體系
TypicalLead-freeSoldersAlloySystem合金系A(chǔ)lloySystem熔化區(qū)間MeltingRange優(yōu)點Advantages缺點ShortagesSn-Ag-Cu~217℃綜合性能優(yōu)對不銹鋼的溶蝕力強,成本高。Sn-Cu~227℃低成本,綜合性能優(yōu)良。熔點偏高。Sn-Bi~139℃低熔點,低成本。脆性高,易與鉛形成低熔點相。Sn-Zn~197℃低熔點,低成本,機械強度優(yōu)。極易氧化,容易晶界腐蝕。Sn-Ag~221℃綜合性能優(yōu)。對不銹鋼熔蝕力強,成本高、熔點偏高。Sn-Sb~238℃綜合性能優(yōu)。熔點太高。第3頁/共24頁2023/4/134通用無鉛焊料對比
CommercialLead-freeSolder
Sn-Ag-CuAlloySn-CuAlloyM.P.Up34℃Up44℃Cost3.0~4.0X1.5~1.8XWettingLowLowerErosionHigherHighOxidizedEasierEasyAppearanceMoreFineCrackFineCrack//MoreCoarseCoarseApplicationReflow/WaveWave第4頁/共24頁2023/4/135無鉛焊料的改善
Lead-freeSolderImprovement針對無鉛焊料的缺點:
1、改善焊料合金——通過合金成分調(diào)整;
2、新型助焊劑——活性與可靠性的結(jié)合;
3、新焊接工藝——更精確的控制,更多的保證手段;FocusontheWeakness:
1、Alloy——AdjusttheComposition;
2、NewFlux——HighActiveCombinewithHighReliability;
3、Process——Moreaccuracycontrol,Moreguaranteemeasure;第5頁/共24頁2023/4/136無鉛焊料的改善
Lead-freeSolderImprovement針對波峰焊
1、推薦使用Sn-Cu系:
Cost/Oxidized/Erosion/Appearance/Reliability;
2、Sn-Cu的改進:加入微量金屬Ti進行調(diào)質(zhì),Sn-Cu-Ti;
3、Sn-Cu-Ti達到的效果:
A、設(shè)備(尤其是錫槽)的熔蝕作用低;
B、熔融狀態(tài)下的不容易氧化,出渣量低;
C、對銅的熔蝕率極低;
D、晶粒細(xì)密,焊點強度增高,抗蠕變能力增強;
E、表面光亮,減少表面微裂紋現(xiàn)象的發(fā)生;第6頁/共24頁2023/4/137無鉛焊料的改善
Lead-freeSolderImprovementToWaveSoldering1、RecommendSn-CuAlloy:
Cost/Oxidized/Erosion/Appearance/Reliability;
2、ImproveSn-CuAlloy:byTiadding,Sn-Cu-Ti;
3、ImprovedEffectfromSn-Cu-Ti:
A、LowerErosionRatetoEquipment;
B、LowerOxidizedRate&DrossRateunderMoltenState;
C、LowerErosionRatetoCopper;
D、FinerGrainSize,HigherJointTensileStrength,Highercreep-resistingability;
E、ShiningAppearance,littleFineCrack;第7頁/共24頁2023/4/138無鉛焊料的改善
Lead-freeSolderImprovementSn-Cu-Ti合金性能1、M.P.:~227℃;2、比重:7.3g/cm3;3、抗拉強度:>36M.Pa;4、延伸率:>25%;5、電阻率:0.128μΩm;6、擴展率:>80%;7、離子遷移:Pass;(85,℃,85%RH,1000hr)Sn-Cu-TiAlloyProperties
1、M.P.:~227℃;2、S.G:7.3g/cm3;3、TensileStrength:>36M.Pa;4、Elongation:>25%;5、ResistanceRate:0.128μΩm;6、Spread:>80%;7、IonsImmigration:Pass;(85,℃,85%RH,1000hr)第8頁/共24頁2023/4/139無鉛焊料的改善
Lead-freeSolderImprovement設(shè)備腐蝕原理:
Sn+Fe金屬化合物層的錫層;高溫沖刷;材質(zhì)與腐蝕:
304﹥316﹥鍍層(N化)﹥Ti合金﹥Ti主要腐蝕部位:
噴嘴、導(dǎo)流槽、攪拌槳腐蝕對比:
SAC≥SC≥SCN﹥SCT(255℃下,500轉(zhuǎn)/min,半年,稱失重18g﹥16g﹥15g﹥8g。)ErodedTheoryofFacility:
Sn+FeIMCLayer;HighTemp.Wash;Materials&Eroded:
304﹥316﹥Coating(NitrideLayer)﹥TiAlloy﹥TiMainErodedParts:
nozzle/launder/stirrerErodeddifference:
SAC≥SC≥SCN﹥SCT(255℃,500r/min,HalfYear,LostWeight18g﹥16g﹥15g﹥8g。)第9頁/共24頁2023/4/1310無鉛焊料的改善
Lead-freeSolderImprovementSn-Cu-Ti的熔銅速率對比:第10頁/共24頁2023/4/1311無鉛焊料的改善
Lead-freeSolderImprovementSn-Cu-Ti的金相對比:基體為β-Sn,白色條/塊狀為Sn-Cu化合物Sn-Cu-TiSn-Cu第11頁/共24頁2023/4/1312無鉛焊料的改善
Lead-freeSolderImprovementSn-Cu-Ti的外觀對比:第12頁/共24頁2023/4/1313無鉛焊料的改善
Lead-freeSolderImprovementSn-Cu-Ti的出渣量對比:錫渣生成速率來源兩個部分的影響:1Sn的氧化形成錫渣(Sn-O)2銅含量超過其合金系的飽和狀態(tài),多余部分沉積析出產(chǎn)生錫渣(Sn5Cu6)第13頁/共24頁2023/4/1314無鉛焊料的改善
Lead-freeSolderImprovementTi的作用原理:
1、Ti原子晶核—晶粒細(xì)化—表面光亮/強度提高/提高抗蠕變性能—提高焊點的可靠性;
2、Ti形成鈦酸鹽離子,在液態(tài)無鉛焊料表面富集,形成極薄的一層膜,隔絕空氣與無鉛焊料接觸;同時,Ti是活潑金屬,一定程度上可以提高無鉛焊錫的可焊性;TiWorkingTheory:
1、TiasCored—FineGrain—ShiningAppearance/ImproveTensileStrength/ImproveCreepResistance—ImprovetheReliabilityofJoints;
2、Onthemoltenlead-freesoldersurfaceisenrichedwithTiSaltIons.Theyformathinfilmandisolatethesolderfromair;Asaactivemetal,Ticanimprovethewettingabilityoflead-freesolder.第14頁/共24頁2023/4/1315無鉛波峰焊工藝曲線
ProfileofLead-freeWaveSoldering無鉛波峰焊溫度曲線Lead-freeWave-solderingProfile(Sn-Cu-Ti,1100mm/min)第15頁/共24頁2023/4/1316Sn-Cu-Ti的波峰焊工藝參數(shù)
ParameterofSn-Cu-TiWaveSolderingSn-Cu-Ti波峰焊工藝1、錫缸溫度(℃):245-2702、預(yù)熱區(qū)長度(mm):1600-18003、預(yù)熱溫度(℃):
第一段100-120;第二段:120-1504、板速度(mm/min):1100-14005、波間溫度落差(℃):<706、過錫總時間(s):2-5Sn-Cu-TiWaveSolderingProcess1、SolderTemp.(℃):245-2702、PreheatZone(mm):1600-18003、PreheatTemp.(℃):First100-120Second120-1504、ConveySpeed(mm/min):1100-14005、TDropBetweenTwoPeak(℃):<706、SolderingTime(s):2-5第16頁/共24頁2023/4/1317無鉛焊料的改善
Lead-freeSolderImprovement針對Sn-Ag-Cu焊錫膏:
1、降低成本—減少Ag含量;
2、降低M.P.—加入Bi(<3%)/In;
3、改善晶粒尺寸及晶格結(jié)構(gòu)—加入微量元素調(diào)質(zhì),Re/Ce;
——Sn-1.0Ag-0.7Cu-3.0Bi(Ce、Ti、RareEarths)Sn-Ag-CuSolderPaste:1、ReduceCost—ByLessAg;2、ReduceM.P.—ByAddingBi/In;3、ImproveGrainSize&Structure—ByAddingAlloyElement,Re/Ce;
——Sn-1.0Ag-0.7Cu-3.0Bi(Ce、Ti、RareEarths)第17頁/共24頁2023/4/1318無鉛焊料的改善
Lead-freeSolderImprovementSn-Ag-Cu-Bi合金性能1、M.P.:209~212℃;2、比重:~7.6g/cm3;3、抗拉強度:>70M.Pa;4、延伸率:>20%;5、電阻率:0.148μΩm;6、擴展率:>75%;7、離子遷移:Pass;(65,℃,88%RH,1000hr)
Sn-Ag-Cu-BiAlloyProperties1、M.P.:209~212℃;2、S.G:~7.6g/cm3;3、TensileStrength:>70M.Pa;4、Elongation:>20%;5、ResistanceRate:0.148μΩm;6、Spread:>75%;7、ElectrochemicalMigration:Pass;(65,℃,88%RH,1000hr)第18頁/共24頁2023/4/1319無鉛焊料的改善
Lead-freeSolderImprovementSn-1.0Ag-0.7Cu-3.0Bi回流曲線:第19頁/共24頁2023/4/1320無鉛焊料的改善
Lead-freeSolderImprovementSn-1.0Ag-0.7Cu-3.0Bi可靠性測試ReliabilityTest:
-45℃~120℃1000cycle1hour/cycle第20頁/共24頁2023/4/1321無鉛焊料的改善
Lead-freeSolderImprovement側(cè)推試驗:錫須測試:條件:-25℃~120℃,1000cycle,1cycle/hour——Pass絕緣電阻:條件:40℃,90%,168h——>1011ΩChipJointShearTest:TinWhiskerTest:Condition:-25℃~120℃,1000cycle,1cycle/hour——PassS.I.R.:Condition:40℃,90%,168h——>1011Ω第21頁/共24頁2023/4/1322無鉛焊料助焊劑的研發(fā)
R&DonLead-freeSolderFlux新工藝要求新型的焊劑:
1、高的預(yù)熱溫度:合理的溶劑揮發(fā)溫度,合適的中溫活性;
2、高的反應(yīng)溫度:更高的活化溫度要求新型的活化劑;
3、合適的活性:保證理想焊接效果的同時盡量低的危害;
4、高的可靠性:高的焊后S.I.R.;NewProcessneedNewFlux:
1、HigherPre-heatTemp.:
Suita
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