由于法律和环保的双重需求,无铅锡膏逐渐替代有铅锡膏已成为必然趋势。由于不同技术发展的不同步性,当前在某些焊接过程中仍需混合使用有铅和无铅焊接技术。尽管无铅锡膏具有众多优点,但铅的存在对焊点可靠性具有显著的影响。本文旨在探讨铅污染对焊接效果的不利影响。
混合应用有铅和无铅焊料会对焊点可靠性构成潜在风险。以无铅锡膏与有铅锡膏混合使用为例,不同类型锡膏的熔点差异可能导致焊接过程中的兼容性问题。具体而言,Sn63Pb37锡膏的熔点低于SAC合金,熔化时易形成不稳定的焊点,影响其可靠性。需要调整回流曲线,确保锡膏熔点、回流时间、冷却时间等参数的匹配。
图示一:混合焊料使用案例
铅污染的影响是显著的。
根据Seelig和Suraski的研究(2001),在Sn95.5Ag4Cu0.5焊料中添加Pb后,焊点的抗疲劳能力会降低,这表明焊点更容易失效(见图二)。Key Chung等人的研究也表明,Pb的加入会对无铅焊料产生不良影响。实验中,当Pb被故意加入Sn95Ag4.5Cu0.5无铅焊料中时,会在特定温度下与Sn/Ag发生界面反应,形成不利于焊接的Sn62Pb36Ag2三元结构。
图二:显示焊点抗疲劳测试结果。
就向后兼容性而言,当峰值回流温度低于SAC合金熔点时,Pb会沿SAC晶界扩散,导致无铅焊料球晶粒粗化(如图三所示)。这会影响焊点的形状和可靠性,使其在热循环中更容易疲劳并失效。
图三:展示了Pb在回流温度低于无铅焊球熔点时沿晶界扩散的情况。
图四:描绘了因冷却过程不当导致焊料球未能完全坍塌,从而形成的异常焊点形状。
采用全无铅焊料系统有助于减少晶粒粗化程度并降低再结晶现象。其焊点的可靠性通常高于受到铅污染的焊接系统。
深圳市福英达公司在高可靠性无铅锡膏的生产方面具有丰富的经验和成熟的技术。其产品涵盖低温系列和中高温系列无铅锡膏。其中,SnBiAg系列无铅锡膏适用于低温焊接环境,可有效减少热应力引起的焊盘翘曲等问题。而SnAg3Cu0.5系列中温锡膏,其熔点约217℃,具有出色的焊点推拉力和导电性。对于高温环境下的应用,如功率器件等设备封装,福英达金锡锡膏能够发挥其高熔点(280℃)的优势。
参考文献
Key Chung, C., Aspandiar, R., Foo Leong, L., & Siew Tay, C. (2002). "The Interactions of Lead (Pb) in Lead Free Solder (Sn/Ag/Cu) System". 52nd Electronic Components and Technology Conference.
Seelig, K., & Suraski, D. (2001). "Lead-Contamination in Lead-Free Electronics Assembly".