電子裝聯(lián)報(bào)告

1、ii目 錄電 子 裝 聯(lián) 工 藝學(xué) 習(xí) 報(bào) 告班級(jí)：040812學(xué)號(hào)：姓名：2011年6月14日目 錄第一篇 微組裝技術(shù)一、微組裝技術(shù)的主要類(lèi)型 2二、微組裝技術(shù)的特點(diǎn) 4三、 微組裝技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) . 4第二篇 焊接工藝一、焊接類(lèi)型 6二、焊料合金 7三、回流焊 97微組裝技術(shù)微 組 裝 技 術(shù)概念：在高密度多層互聯(lián)基板上，用微型焊接和封裝工藝把構(gòu)成電子電路的各種微型元器件組裝起來(lái)，形成高密度、高速度、高可靠、立體結(jié)構(gòu)的微電子產(chǎn)品（組件、部件、子系統(tǒng)、系統(tǒng)）的綜合性高技術(shù)。一、微組裝技術(shù)的主要類(lèi)型1、多芯片組件（Multichip Module ,MCM）MCM是20世紀(jì)90年代發(fā)展較快的一

2、種高密度集成的電子模塊，是將多個(gè)集成電路芯片和其他元器件高密度組裝在多層互連基板上，然后封裝在同一殼體內(nèi)，以形成高密度、高可靠的專(zhuān)用電子產(chǎn)品，是一種典型的高級(jí)混合集成組件。由于其具有組裝密度高、體積小、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，在軍事領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。目前，根據(jù)所使用基板的類(lèi)型或制造方法，MCM有陶瓷基片多芯片組件（MCMC），介質(zhì)基片多芯片組件（MCMD），疊層基片多芯片組件（MCML），三維（3D）MCM集成電路器件被垂直疊置而制造出的多芯片組件等4種技術(shù)類(lèi)型。MCML 是使用通常的玻璃環(huán)氧樹(shù)脂多層印刷基板的組件。制造工藝較成熟，成本較低。因芯片的安裝方式和基板的結(jié)構(gòu)所限，高密度布線困難，因此電性

3、能較差，主要用于30MHz以下的產(chǎn)品。開(kāi)發(fā)的SLC/FCA（Surface Laminar Circuit/Flip Chip Attach）之類(lèi)的新型高密度印制電路板和裸芯片安裝技術(shù)，使MCM-L的性能獲得顯著提高，可達(dá)到MCM-C的水平，甚至能達(dá)到MCM-D的水平。MCMC 是用厚膜技術(shù)形成多層布線，以陶瓷(氧化鋁或玻璃陶瓷)作為基板的組件，與使用多層陶瓷基板的厚膜混合IC 類(lèi)似。兩者無(wú)明顯差別。布線密度高于MCML。MCMD 是用薄膜技術(shù)形成多層布線，以陶瓷(氧化鋁或氮化鋁)或Si、Al 作為基板的組件。布線密謀在三種組件中是最高的，但成本也高。3DMCM是在2D的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步向z方向

4、發(fā)展的微電子組裝高密度化，實(shí)現(xiàn)3D，不但使電子產(chǎn)品的組裝密度更高，也使其功能更多，傳輸速度更高、功耗更低、性能更好，并且有利于降低噪聲，改善電子系統(tǒng)的性能，從而使可靠性更高。3DMCM主要有三種類(lèi)型：埋置型3D、有源基板型3D、疊層型3D。2、系統(tǒng)級(jí)封裝（System in a package ，SiP）SiP是近年來(lái)發(fā)展迅速且非常有市場(chǎng)潛力的組裝技術(shù)，它是實(shí)現(xiàn)電子產(chǎn)品小型化和多功能的重要手段。20世紀(jì)90年代后期，美國(guó)佐治亞理工學(xué)院PRC研究開(kāi)發(fā)的單級(jí)集成模塊就是SiP的典型代表，它是將各類(lèi)IC芯片和器件、無(wú)源器件、布線和介質(zhì)層都組裝在一個(gè)封裝系統(tǒng)內(nèi)，即將原來(lái)的三個(gè)封裝層次（一級(jí)芯片封裝、二

5、級(jí)插板/插卡封裝、三級(jí)基板封裝）濃縮在一個(gè)封裝層次內(nèi)，極大地提高了封裝密度和封裝效率，它具有設(shè)計(jì)靈活、大大縮短互連線、運(yùn)用靈活、封裝體積減小、組裝效率提高等性能特點(diǎn)。SiP技術(shù)與MCM相比顯得更成熟，SiP主要用于手機(jī)中閃存和應(yīng)用處理器的封裝，還可用于數(shù)碼相機(jī)、PDA（個(gè)人數(shù)字助理）等其他便攜式電子產(chǎn)品，將來(lái)還會(huì)用于數(shù)字電視及GPS（全球定位系統(tǒng)）等嵌入式領(lǐng)域。SiP技術(shù)應(yīng)包括芯片級(jí)的互連技術(shù)。換句話(huà)說(shuō)，即它可能采用反轉(zhuǎn)芯片（nip-chip）鍵合，引線鍵合，TAB，或其它可直接連接至IC芯片的互連技術(shù)。但是很明顯它并未將小型SMT線路板的裝配技術(shù)列入SiP技術(shù)的范疇。3、圓片級(jí)封裝（Wafe

6、rLevelPackaging，WLP）WLP是一種近年來(lái)迅速發(fā)展的先進(jìn)封裝技術(shù)，它采用的封裝過(guò)程與傳統(tǒng)封裝過(guò)程完全不同，WLP是直接由圓片切割分離而成的單個(gè)封裝，WLP有兩種基本工藝即焊點(diǎn)（引出端）再分布技術(shù)和凸點(diǎn)（焊點(diǎn)）制作技術(shù)。前者用來(lái)把沿芯片周?chē)植嫉姆叫武X焊區(qū)（焊盤(pán)）轉(zhuǎn)換為在芯片表面上按平面陣列形式分布的圓形銅焊盤(pán)，以適應(yīng)SMT的要求及凸點(diǎn)制作，后者是在焊盤(pán)上制作凸點(diǎn)，材料有Au、AuSn、In等，工藝有電鍍Au和電鍍PbSn法、模板焊膏印刷法等。WLP唯一的局限性是電路引出端只能分布在管芯的有源面一側(cè)的面內(nèi)，所以引出端數(shù)量有限。圓片級(jí)封裝主要應(yīng)用于移動(dòng)通信、一些便攜式消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品

7、以及光固態(tài)探測(cè)器中。薄膜再分布技術(shù):是指在IC圓片上，將各個(gè)芯片按周邊分布的IO鋁焊區(qū)，通過(guò)薄膜工藝的再布線，變換成整個(gè)芯片上的陣列分布焊區(qū)并形成焊料凸點(diǎn)的技術(shù)。它不僅生產(chǎn)成本低，而且能完全滿(mǎn)足批量生產(chǎn)便攜式電子裝置板級(jí)可靠性標(biāo)準(zhǔn)的要求，是目前應(yīng)用最廣泛的一種技術(shù)。K&S公司、Apack公司、UnitiveElectronics公司、Fraunhoferlnstitute公司和Amkor公司是應(yīng)用薄膜再分布技術(shù)的代表性公司。 薄膜再分布技術(shù)的具體工藝過(guò)程比較復(fù)雜（典型的WLP工藝流程見(jiàn)圖1），而且隨著IC芯片的不同而有所變化，但一般都包含以下幾個(gè)基本的工藝步驟：在IC圓片上涂復(fù)金屬布線層間介質(zhì)

8、材料；沉積金屬薄膜并用光刻方法制備金屬導(dǎo)線和所連接的凸點(diǎn)焊區(qū)。這時(shí)，IC芯片周邊分布、小至幾十微米的鋁焊區(qū)就轉(zhuǎn)成陣列分布的幾百微米大的凸點(diǎn)焊區(qū)，而且鋁焊區(qū)和凸點(diǎn)焊區(qū)之間有金屬導(dǎo)線相連接；在凸點(diǎn)焊區(qū)沉積UBM(凸點(diǎn)下金屬層)；在UBM上制作焊料凸點(diǎn)凸點(diǎn)技術(shù):焊料凸點(diǎn)通常為球形。制備焊球陣列的方法有三種：應(yīng)用預(yù)制焊球；絲網(wǎng)印刷；電化學(xué)沉積(電鍍)。當(dāng)焊球節(jié)距大于7001m時(shí)，一般采用預(yù)制焊球的方法。絲網(wǎng)印刷法常用于焊球節(jié)距約為200m的場(chǎng)合。電化學(xué)沉積法可以在光刻技術(shù)能分辨的任何焊球節(jié)距下沉積凸點(diǎn)。故電化學(xué)沉積法比其它方法能獲得更小的凸點(diǎn)和更高的凸點(diǎn)密度。采用上述三種方法制備的焊料凸點(diǎn)，往往都須經(jīng)

9、回流焊形成要求的焊球。4、堆疊三維封裝通常的三維封裝是把兩個(gè)或多個(gè)芯片（或芯片封裝）在單個(gè)封裝中進(jìn)行堆疊，是一種強(qiáng)調(diào)在芯片正上方的多芯片堆疊，實(shí)際上它也是一種堆疊封裝，三維結(jié)構(gòu)能夠集成許多別的方法無(wú)法兼容的技術(shù)，這樣就可以顯著提升器件的性能、功能性和應(yīng)用領(lǐng)域。三維封裝技術(shù)包括層壓或柔性基板、內(nèi)引線鍵合、倒裝芯片、導(dǎo)電粘接或組合互連等技術(shù)，三維封裝大致分為3種形式：芯片堆疊、封裝堆疊、硅圓片堆疊的三維封裝。二、微組裝技術(shù)的特點(diǎn)1、產(chǎn)品應(yīng)用對(duì)象：微組裝密封針對(duì)面向電子整機(jī)的多功能和高頻組件，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜（如異形等），體積較大。2、對(duì)產(chǎn)品可靠性要求：采用密封的微組裝組件通用性差，數(shù)量不大，可靠性要求

10、比器件低。采用的元器件種類(lèi)：微組裝技術(shù)中應(yīng)用的元器件種類(lèi)既有采用GaAs材料的MIMIC芯片，又有采用Si材料的ASIC芯片和采用銀鈀等材料作為焊盤(pán)的片式元件，應(yīng)用的元件種類(lèi)較多。3、采用的工藝技術(shù)：微組裝采用的多層基板通常不但包括電路互聯(lián)線，而且包括功分器和電橋等微波功率器件；采用的元器件和材料種類(lèi)較多，需應(yīng)用適合多品種、多材料的焊接方法；由于微組裝組件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，外形有異形，因此常采用激光密封焊接。4、技術(shù)層次：微組裝密封只是微組裝模塊制造中的一個(gè)重要的工序。三、微組裝技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1、低溫共燒陶瓷（Low-Temperature Co-fired Ceram ic ,LTCC）多層基板技術(shù)

11、LTCC是美國(guó)休士頓公司于1982年開(kāi)發(fā)的新型材料，它是將低溫?zé)Y(jié)陶瓷粉制成厚度精確而且致密的生瓷帶，在生瓷帶上利用激光打孔、微孔注漿、精密導(dǎo)體漿料印刷等工藝制出所需的電路圖形，并將多個(gè)被動(dòng)組件（如低容值電容、電阻、濾波器等）埋入多層陶瓷基板中，然后疊壓在一起，內(nèi)外電極可分別使用銀、銅、金等金屬，在9000C下燒結(jié)，制成三維空間互不干擾的高密度電路。另外，LTCC可以制成內(nèi)埋無(wú)源元件的三維電路基板，在其表面貼裝IC和無(wú)源器件，制成無(wú)源/有源集成的功能模塊，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了器件的微型化。由于LTCC優(yōu)異的材料性能?，F(xiàn)已成功用于集成電路組裝，多芯片模塊、MEMS各種片式元件（如電感、電容、變壓器）等。

12、應(yīng)用領(lǐng)域涉及移動(dòng)通信、汽車(chē)電子、航空航天和軍事電子。最重要應(yīng)用領(lǐng)域是射頻和微波，從通信微波低端頻率的GSM（全球移動(dòng)通信系統(tǒng)）、CDMA（碼分多路存?。┑鹊胶撩撞úǘ蔚?0GHz的本地多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)（LMDS），有的應(yīng)用達(dá)到40GHz甚至更高。非通信微波應(yīng)用包括機(jī)載和地面的相控陣?yán)走_(dá)的T/R模塊等。LTCC技術(shù)以其優(yōu)異的電子、機(jī)械、熱力學(xué)特性已成為未來(lái)電子元件集成化、模組化的首選方式。2、微組裝用無(wú)源元件隨著高性能，小型化電子產(chǎn)品市場(chǎng)的日益擴(kuò)大，電子產(chǎn)品中的無(wú)源元件用量越來(lái)越大，在一些移動(dòng)終端（手機(jī)、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)等）產(chǎn)品中，無(wú)源元件和有源器件（芯片為主）之比約為50:1.甚至可達(dá)100:

13、1，無(wú)源元件以電阻器和電容器為主，一部典型的GSM手機(jī)內(nèi)含500多個(gè)無(wú)源元件，大部分為片式、小尺寸，占電路板面積的50%。在這個(gè)發(fā)展趨勢(shì)下，0201（0.02英寸0.01英寸即0.508mm0.254mm）微小尺寸的無(wú)源元件正在替代過(guò)去占主要地位的0603和0402。與此同時(shí)，組裝0201無(wú)源元件的技術(shù)也成為微組裝中的重要環(huán)節(jié)。無(wú)源元件與有源元件（集成電路等半導(dǎo)體產(chǎn)品）是微組裝產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中的核心部分。在新型電子產(chǎn)品中，集成電路和無(wú)源元件占全部電子元器件及零部件的生產(chǎn)總成本的46.1%和9.1%，而在總安裝成本中卻分別占12.7%和55.1%。由此可見(jiàn)，無(wú)源器件在整機(jī)進(jìn)一步向小型化、集成化發(fā)展中的

14、重要性。而且無(wú)源元件的微型化、片式化、復(fù)合化、高精度化和多功能化的發(fā)展趨勢(shì)仍將持續(xù)下去，無(wú)源元件升級(jí)換代的步伐隨著整機(jī)發(fā)展的特點(diǎn)越走越快。3、無(wú)鉛化的挑戰(zhàn)電子工業(yè)中大量使用的Sn/Pb合金焊料是造成鉛污染的重要來(lái)源之一，所以尋求Sn/Pb焊料的替代品是發(fā)展無(wú)鉛化封裝技術(shù)的任務(wù)。無(wú)鉛焊料合金成分目前尚無(wú)標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)際上多數(shù)行業(yè)組織以及協(xié)會(huì)建議無(wú)鉛焊料中鉛含量應(yīng)0.1%0.2%，并且不含其它有毒元素。與傳統(tǒng)的Sn/Pb共晶焊料相比，無(wú)鉛焊料熔點(diǎn)高，表面張力大、潤(rùn)濕性差、工藝窗口小、質(zhì)量難控制、返修難度大、成本高。雖然，無(wú)鉛焊料與錫鉛焊料在工藝性能和可靠性性能方面還有一定的差異，如焊料熔點(diǎn)溫度、潤(rùn)濕性、

15、成本、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、疲勞性能等等，無(wú)鉛焊料還需要不斷改善和提高。無(wú)鉛工藝的研究正方興未艾，這項(xiàng)技術(shù)的推廣應(yīng)用是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，“綠色環(huán)保”電子產(chǎn)品的普及還有很長(zhǎng)路要走。隨著微電子技術(shù)、多層互連基板技術(shù)、SMT組裝技術(shù)和MCM技術(shù)的飛速發(fā)展，微組裝技術(shù)也得到了迅速發(fā)展。主要表現(xiàn)在：小型輕量化、高密度三維互連結(jié)構(gòu)、寬工作頻帶、高工作頻率、具有較完整的分機(jī)/子系統(tǒng)功能、高可靠性等。微組裝密封技術(shù)未來(lái)發(fā)展將呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：1、組裝技術(shù)與芯片封裝技術(shù)（甚至涉及芯片技術(shù)）的融合是發(fā)展方向。2、二維平面組裝向三維立體組裝的演變是微組裝技術(shù)當(dāng)前發(fā)展的主要傾向。3、發(fā)展MEMS領(lǐng)域中的微組裝技術(shù)是勢(shì)在必行。另外

16、，微組裝技術(shù)的應(yīng)用已不能局限于傳統(tǒng)的電子組件中，給微組裝密封提出了新的要求。例如微組裝電路互連基板的概念已拓展，已非傳統(tǒng)意義上的多層板，與此同時(shí)在此基板上進(jìn)行的微組裝技術(shù)上也需拓展。如多功能基板（MFS，Multifunctional Structures）,作為特種互聯(lián)基板考慮了散熱、機(jī)械連接的同時(shí)還考慮到與系統(tǒng)的底盤(pán)、電纜的連接，它甚至成為構(gòu)件的“壁”，微組裝本身的組件（包括MCM）已成為構(gòu)件的一個(gè)部分；采用DBC（Direct Bonded Copper）覆銅陶瓷基板技術(shù)制作的高效散熱基板（甚至可做成風(fēng)冷、水冷通道板）改善了散熱性能，提高了可焊接性，覆銅板上直接進(jìn)行微組裝，拓展了微組裝技

17、術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。15焊接工藝焊 接 工 藝焊接概念：通過(guò)加熱、加壓，或兩者并用，使同性或異性?xún)晒ぜa(chǎn)生原子間結(jié)合的加工工藝和聯(lián)接方式。焊接是電子裝聯(lián)技術(shù)的核心。焊接的目的是用焊接材料將元器件引腳與印制電路板的焊盤(pán)結(jié)合起來(lái)，形成電路的電氣連接與機(jī)械連接，從而實(shí)現(xiàn)電路功能。一、焊接類(lèi)型熔化焊：由一定熱源將被焊金屬結(jié)合面局部加熱熔化，并待其冷卻凝固實(shí)現(xiàn)金屬互連的工藝方法。壓力焊：利用壓力等手段（加熱或不加熱條件下），客服被連接金屬表面不平度而實(shí)現(xiàn)原子結(jié)合的工藝方法。釬焊 ：以熔融焊料合金填充被焊金屬的連接焊縫，并待其凝固實(shí)現(xiàn)金屬互連的工藝方法。（下文重點(diǎn)介紹釬焊）1、 釬焊概念：釬焊是指用比母材熔點(diǎn)

18、低的金屬材料作為釬料，用液態(tài)釬料潤(rùn)濕母材和填充工件接口間隙并使其與母材相互擴(kuò)散的釬焊方法。2、釬焊機(jī)理：由焊接中的原子互擴(kuò)散與再結(jié)晶形成的一種金屬冶金結(jié)合。3、釬焊過(guò)程：液態(tài)合金潤(rùn)濕被焊金屬表面，進(jìn)而與之發(fā)生界面冶金反應(yīng)原子互擴(kuò)散與再結(jié)晶，從而形成界面冶金層（潤(rùn)濕是前提，界面反應(yīng)是基礎(chǔ)）。 （1）釬料的填縫過(guò)程保證釬料與母材完全接觸釬料預(yù)置、加熱 釬料熔化、鋪展 凝固、形成接頭 （2）釬料的溶解與擴(kuò)散過(guò)程釬料與母材發(fā)生冶金反應(yīng)母材向釬料中的溶解 釬料向母材中的擴(kuò)散 （3）去除氧化膜保證釬料與母材完全實(shí)際接觸氧化膜阻礙釬料鋪展 保證釬料與母材良好接觸 4、潤(rùn)濕 概念：一種液體取代固體表面其它與之

19、不相混溶的流體的現(xiàn)象。 潤(rùn)濕條件：表面張力：表面張力是一項(xiàng)重要的焊接指標(biāo),在焊接過(guò)程中通常希望液態(tài)焊料合金具有較低的表面張力 ,以使液態(tài)焊料具有比被焊金屬表面更低的能量 ,促使焊料在被焊金屬表面上的潤(rùn)濕、鋪展以形成飽滿(mǎn)的焊點(diǎn)。 接觸角：液體對(duì)固體表面潤(rùn)濕狀況的直觀指標(biāo)。 900 不潤(rùn)濕 =1800 完全不潤(rùn)濕 900 潤(rùn)濕 =00完全潤(rùn)濕（鋪展） 潤(rùn)濕的定量描述 Young氏方程楊氏方程： =+cos 影響釬料潤(rùn)濕性的主要因素（1） 釬接體系的內(nèi)部屬性（楊氏方程） 合理構(gòu)建釬接體系（焊料合金、焊接氣氛）是提高釬料潤(rùn)濕性的基本途徑。（2） 金屬的氧化和焊劑（助焊劑）氧化層影響了潤(rùn)濕性，阻礙了原子

20、互擴(kuò)散，導(dǎo)致冷焊助焊劑除去氧化層，液態(tài)覆蓋（3） 界面反應(yīng)：界面反應(yīng)改變了液固兩相界面附近液態(tài)的成分甚至固相層的變化，從而導(dǎo)致釬接體系的微觀體系，進(jìn)而影響潤(rùn)濕性。（4） 溫度：溫度升高，液體釬料中的原子與基體表面原子間的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)變得劇烈，即原子擴(kuò)散速度加快，從而縮短了潤(rùn)濕時(shí)間，故釬焊過(guò)程中，溫度升高，釬料的表面張力降低，潤(rùn)濕角減小，從而提高釬料的潤(rùn)濕性。但釬焊溫度不能過(guò)高，否則會(huì)造成釬料流失，晶粒長(zhǎng)大等缺陷。（5） 時(shí)間（6） 固體表面粗糙度：當(dāng)釬料與母材之間作用較弱時(shí)，母材表面粗糙的溝槽起到了特殊的毛細(xì)作用，可以改善釬料在母材上的潤(rùn)濕與鋪展。5、界面反應(yīng)晶體原子擴(kuò)散：自擴(kuò)散和互擴(kuò)散。釬焊中互

21、擴(kuò)散結(jié)果：改變界面兩側(cè)原子的濃度或成分。再結(jié)晶：形成界面冶金層。二、焊料合金焊料合金是焊接材料的主體 ,焊料合金是由兩種或兩種以上金屬元素組成的具有一般金屬特征的合金材料。傳統(tǒng)的焊料合金以錫 (Sn)、鉛 (Pb)為主要成分 ,即錫鉛合金。隨著環(huán)境保護(hù)的要求促使電子裝聯(lián)技術(shù)向無(wú)鉛化的方向發(fā)展 ,即焊料合金已不再含有鉛的成分 ,這類(lèi)材料稱(chēng)為無(wú)鉛焊料合金。無(wú)鉛合金與錫鉛合金的性能對(duì)比分析錫鉛合金(Sn- 37Pb)無(wú)鉛合金（Sn - 3. 5Ag- 0. 9Cu）性能對(duì)比分析焊料合金物理性能熔點(diǎn)183 217 221 兩種材料熔點(diǎn)相差近 30 ,焊接材料熔點(diǎn)的升高 ,導(dǎo)致對(duì)元器件、印制板、加工設(shè)備

22、中其他材料的耐溫等級(jí)相應(yīng)提高,而某些材料隨溫度升高后其機(jī)械性能會(huì)急劇下降。電阻率與導(dǎo)熱率熱導(dǎo)率高熱導(dǎo)率低熱導(dǎo)率低的合金不易傳熱或散熱，而且熱導(dǎo)率一般會(huì)隨溫度的升高而下降 ,因此錫鉛合金更適于較高溫度下工作。熱膨脹系數(shù)(CTE)CET(Sn - 37Pb)=25CET(Sn - 3. 5Ag)=30CET(Cu)=17無(wú)鉛焊料 Sn - 3. 5Ag與 Cu的熱膨脹系數(shù)的差要比錫鉛合金 (Sn - 37Pb)與 Cu之間的大 ,而電子裝聯(lián)工藝中焊料合金應(yīng)與被焊基材、鍍層、元器件等整個(gè)被焊組件各部分的熱膨脹系數(shù)應(yīng)盡量匹配 ,如果 CTE相差太大 ,就有可能在焊接過(guò)程或產(chǎn)品服役的過(guò)程中 ,在焊接界面

23、產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力 ,從而降低焊點(diǎn)的可靠性和服役壽命。表面張力（空氣中250）Sn - 37Pb ：417 mN /mSn - 3.5Ag：431mN/mSn - 0. 7Cu：491mN/m無(wú)鉛合金的潤(rùn)濕性都不如錫鉛合金 ,其可焊性還有待提高。焊料合金機(jī)械性能（室溫環(huán)境）拉伸強(qiáng)度：50MPa剪切強(qiáng)度：35MPa延伸率：50%楊氏模量：39GPa硬度：17HB0.2%屈服強(qiáng)度：27.2MPa拉伸強(qiáng)度：60MPa剪切強(qiáng)度：30MPa延伸率：70%楊氏模量：50GPa硬度：40HB0.2%屈服強(qiáng)度：22.5MPa無(wú)鉛焊點(diǎn)的硬度比Sn/Pb高 ,無(wú)鉛焊點(diǎn)的拉伸強(qiáng)度也比 Sn/Pb高 ,無(wú)鉛焊點(diǎn)的變形比

24、 Sn/Pb焊點(diǎn)小 ,但是這些并不等于無(wú)鉛的可靠性好。由于無(wú)鉛焊料的潤(rùn)濕性差 ,因此焊接缺陷比較多 ,另外由于熔點(diǎn)高 ,如果助焊劑的活化溫度不能配合高熔點(diǎn) ,由于助焊劑浸潤(rùn)區(qū)的溫度高、時(shí)間長(zhǎng) ,會(huì)使焊接面在高溫下重新氧化而不能發(fā)生浸潤(rùn)和擴(kuò)散 ,不能形成良好的界面合金層 ,其結(jié)果導(dǎo)致焊點(diǎn)界面結(jié)合強(qiáng)度 (抗拉強(qiáng)度 )差而降低可靠性。溫度對(duì)材料性能的影響隨著工作溫度的升高 ,材料普遍呈軟化的趨勢(shì) ,這與熱激發(fā)的晶體位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)以及高溫環(huán)境下的晶粒生長(zhǎng)和材料的組織狀態(tài)的改變有關(guān)。由于無(wú)鉛焊料熔點(diǎn)高于錫鉛焊料合金 ,因此在高溫時(shí)其拉伸強(qiáng)度優(yōu)于錫鉛焊料合金。但溫度對(duì)合金性能的另一個(gè)影響是蠕變 ,蠕變是材料在恒

25、定載荷作用下持續(xù)發(fā)生塑性變形的現(xiàn)象。大多數(shù)民用、通信等領(lǐng)域 ,由于使用環(huán)境沒(méi)有太大的應(yīng)力 ,無(wú)鉛焊點(diǎn)的機(jī)械強(qiáng)度甚至比有鉛的還要高 ,但在使用應(yīng)力高的地方 ,例如軍事、高低溫、低氣壓等惡劣環(huán)境下 ,由于無(wú)鉛蠕變大 ,因此無(wú)鉛比有鉛的可靠性差很多?？蛊谔匦云谄茐氖遣牧显谧儎?dòng)應(yīng)力或應(yīng)變的長(zhǎng)期作用下 ,因累積損傷而發(fā)生斷裂或力學(xué)性能變差的現(xiàn)象，試驗(yàn)資料表明 ,對(duì)于裝聯(lián)在 FR - 4印制電路板上的SMT器件 ,在多數(shù)情況下無(wú)鉛焊料合金優(yōu)于錫鉛焊料合金 ,但是當(dāng)工作溫度超過(guò) 150 時(shí) ,低熔點(diǎn)的錫鉛合金的抗疲勞特性表現(xiàn)較好 ,而無(wú)鉛合金因其組織中的粗大富錫相對(duì)抵抗疲勞失去作用。潤(rùn)濕特性焊料合金的潤(rùn)

26、濕性對(duì)液態(tài)焊料在被焊金屬表面上的潤(rùn)濕、鋪展性 ,以及對(duì)形成牢固可靠的焊接界面具有重要意義 ,由于合金的潤(rùn)濕性除了與合金的表面張力有關(guān)外 ,還與焊接的溫度與氣氛、被焊金屬或其鍍層的材料、界面的冶金反應(yīng)過(guò)程以及所采用的助焊劑特點(diǎn)等直接相關(guān)。在多數(shù)場(chǎng)合中,無(wú)鉛焊料合金的潤(rùn)濕性與鋪展性都不如錫鉛合金。三、回流焊1、回流焊的特點(diǎn)：組件整體式加熱焊接，目的是實(shí)現(xiàn)每個(gè)焊點(diǎn)的加熱焊接。2、回流焊控制難點(diǎn)：整體式加熱焊接使得回流工藝需要考慮的工藝結(jié)構(gòu)問(wèn)題難度增大，如：對(duì)于單個(gè)焊點(diǎn)，要達(dá)到焊料合金液相溫度之上；焊劑作用的最優(yōu)化；防止組件各單元（電子元器件、PCB板）熱損傷。3、工藝控制參數(shù)：各溫區(qū)的溫度設(shè)置和傳送

27、帶的速度設(shè)置4、典型回流曲線以Sn-Pb共晶焊料為例23520018315020020514016016060s120s預(yù)熱區(qū)保溫區(qū)回流區(qū)冷卻區(qū)30s90s14/s14/s30smax10+1s230 t/sT/圖2 Sn-Pb 共晶焊料回流溫度曲線預(yù)熱區(qū)：通常指溫度由常溫升至150左右的區(qū)域，該區(qū)域的目的是把室溫的PCB盡快加熱，以達(dá)到第二個(gè)特定目標(biāo)，但升溫速率要控制在適當(dāng)范圍以?xún)?nèi)（14/s），過(guò)快則會(huì)產(chǎn)生熱沖擊，組件受到熱損傷；過(guò)慢則溶劑揮發(fā)不充分，影響焊接質(zhì)量；溫升速率適 當(dāng)同時(shí)也有利于活化助焊劑，因?yàn)榇蟛糠种竸┑幕罨瘻囟仍?50以上。保溫區(qū)：指溫度從140160升至焊膏熔點(diǎn)的區(qū)域。該

28、區(qū)的主要目的是使組件各單元溫度均勻化，為后續(xù)再加熱做準(zhǔn)備，并保證焊膏中的助焊劑得到充分揮發(fā)，去除氧化層。回流區(qū)：這一區(qū)域加熱器的溫度設(shè)置得很高，使元件的溫度快速上升至峰值溫度（235左右），目的是使各焊點(diǎn)熔化形成焊接；回流時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)（30s90s），以防對(duì)各單元組件造成不良影響。理想的溫度曲線是超過(guò)焊錫熔點(diǎn)（180）的“尖端區(qū)”覆蓋的面積最小。冷卻區(qū)：該區(qū)段各焊點(diǎn)焊料合金凝固，生成結(jié)晶點(diǎn)，同時(shí)注意：降溫斜率要小，如果太大，很容易出現(xiàn)因瞬間劇烈降溫而導(dǎo)致的元器件開(kāi)裂，破損等不良。5、溫度曲線的設(shè)定（1）測(cè)試工具：在開(kāi)始測(cè)定溫度曲線之前，需要有溫度測(cè)試儀，以及與之相配合的熱電偶，高溫焊錫絲、高溫

29、膠帶以及待測(cè)的SMA，當(dāng)然有的回流爐自身帶有溫度測(cè)試儀，（設(shè)在爐體內(nèi)），但因附帶的熱電偶較長(zhǎng)，使用不方便，不如專(zhuān)用溫度測(cè)試記錄儀方便。特別這類(lèi)測(cè)試儀所用的小直徑熱電偶，熱量小、響應(yīng)快、得到的結(jié)果精確。（2）熱電偶的位置與固定熱電偶的焊接位置也是一個(gè)應(yīng)認(rèn)真考慮的問(wèn)題，其原則是對(duì)熱容量大的組件焊盤(pán)處別忘了放置熱電偶，如圖3，此外對(duì)熱敏感組件的外殼，PCB上空檔處也應(yīng)放置熱電偶，以觀察板面溫度分布狀況。將熱電偶固定在PCB上最好的方法是采用高溫焊料（Sn96Ag4）焊接在所需測(cè)量溫度的地方，此外還可用高溫膠帶固定，但效果沒(méi)有直接焊接的效果好。總之根據(jù)SMA大小以及復(fù)雜減度設(shè)有3個(gè)或更多的電偶。電偶數(shù)量越多，其對(duì)了解SMA板面的受熱情況越全面。（3）錫膏性能 對(duì)于所使用錫膏的性能參數(shù)也是必須考慮的因素之一，首