合金浸能力的比

1、無鉛合金浸潤能力的比較作者:KaiHwa Chew，Vincent Kho，Singapore Asahi Chemical & Solder Ind. Pte. Ltd. Dr. Jennie S. Hwang，H-Technologies Group Inc.，Cleveland 在選擇電路板組裝用的無鉛合金時，了解無鉛合金的浸潤化學(xué)動力學(xué)特性十分重要在過去的二十年中，焊接合金的浸潤能力一直沒有作為研究和討論的主題，這是因為錫鉛共熔合金 (63Sn37Pb) 早就是一種常用的配方，沒有選擇的必要。 然而，由于無鉛合金的出現(xiàn)，為了選擇適當(dāng)?shù)臒o鉛焊錫來組裝線路，并保證焊點的整體質(zhì)量以及

2、線路板的成品率，了解無鉛合金的浸潤化學(xué)動力學(xué)特性變得非常重要。焊接合金的固有浸潤能力是一個重要的性能指標(biāo)，它直接影響到焊接互連的完整性。這種固有浸潤能力也控制著動態(tài)焊接過程（波峰焊接或回流焊接）中的產(chǎn)量和成品率。 除此之外, 在焊劑有效的化學(xué)作用下，焊料所具有的對電路板和元件的可焊度，直接影響著焊點的質(zhì)量。這項研究評估了一些選定的無鉛合金的相對浸潤性能?；诰C合性能指標(biāo)，這些合金可能是最有希望的無鉛焊候選品，它們包括: 99.3Sn/0.7Cu、 96.5Sn/3.5Ag、 93.5Sn/3.5Ag/3.0Bi、 95.5Sn/4.0Ag/0.5Cu、 96Sn/2.5Ag/1.0Bi/0.5

3、Cu、 88Sn/3.5Ag/4.5Bi/4.0In、 95Sn/0.5Cu/0.5Ga/4In、 91.4Sn/4.1Ag/0.5Cu/4.0In。 整項評估以Sn63/Pb37 為標(biāo)準(zhǔn)。測試步驟和結(jié)果 這項研究采用浸潤平衡法，測試樣品的制備遵循IPC-TM-650 標(biāo)準(zhǔn)。 測試樣品采用層壓銅板，尺寸為 10mm×25mm×0.85mm (寬度×長度×厚度)。浸漬深度5mm，停留時間10秒,浸漬速率25mm/秒。測試溫度選擇為235°C(大批量Sn/Pb焊接推薦的工藝溫度)、245°C (IPC-TM-650)、255°C

4、和265°C。焊劑用Asahi的FL2002,它是含有 0.09% 鹵化物和 7% 固體成分的 RMA 焊劑，適合于 SnPb 的波峰焊工藝。 本課題研究了上述無鉛合金的浸潤時間(t)、浸潤力(F)、以及溫度對浸潤時間和浸潤力的影響。特別檢測了溫度對到達(dá)零浸潤力時間、到達(dá) 2/3浸潤力的時間(t F2/3) 的影響、以及溫度在2秒時對最大浸潤力的影響。根據(jù)普遍接受的ANSI/J-STD-003準(zhǔn)則（波峰焊的浸潤時間 <1 秒，回流焊的浸潤時間 <2 秒），如果在上述條件下測得的浸潤時間少于1秒，就意味著好的浸潤現(xiàn)象，以及與之對應(yīng)的質(zhì)量合格的波峰焊工藝。浸潤時間。圖 1 比

5、較了選定的無鉛合金的相對浸潤時間指標(biāo)。在245 °C 的溫度下,88Sn/3.5Ag/4.5 Bi/4In 具有與 63Sn/37Pb相當(dāng)?shù)牧己媒Y(jié)果，其浸潤時間少于 1 秒，而 96/Sn2.5Ag/1.0Bi/0.5 Cu、91.4 Sn/4.1 Ag/0.5 Cu/4.0 以及 99.3 Sn/0.7 Cu 同樣給出浸潤時間接近 1 秒的良好結(jié)果。這說明在245°C的工作溫度下， 88Sn/3.5Ag/4.5Bi/4In、96Sn/2.5Ag/1.0Bi/0.5Cu、91.4Sn/4.1Ag/0.5Cu/4.0In 和 99.3Sn/0.7Cu比96.5Sn/3.5Ag

6、、93.5Sn/3.5Ag/3.0Bi及 95.5Sn/4.0Ag/0.5Cu 具有更優(yōu)良的浸潤性能。浸潤力。 浸潤力測量是在 245°C 的焊接溫度下，時間為2.0 秒時測定的。圖 2給出了選定的無鉛合金在 245 °C 時相對浸潤力。結(jié)果表明，合金 95.5Sn/4.0Ag/0.5 Cu給出了最低的浸潤力，而 88Sn/3.5Ag/4.5Bi/4.0 和 91.4Sn/4.1 Ag/0.5 Cu/4In 的浸潤力是最高的,與 63 Sn/37 Pb 相當(dāng)。從這些浸潤力數(shù)據(jù)可明顯看出，無鉛合金 88Sn/3.5Ag/4.5 Bi/4In和 91.4Sn/4.1 Ag/0.

7、5 Cu/4In 的表現(xiàn)實際上與 SnPb 合金相同，而合金 99.3 Sn/0.7 Cu 和 96 Sn/2.5 Ag/1.0 Bi/0.5 Cu 則接近于 63 Sn/37 Pb 。93.5 Sn/3.5 Ag/3.0 Bi 和 95.5 Sn/4.0 Ag/0.5 Cu在245°C的溫度下則不能達(dá)到預(yù)期的要求。無鉛合金的浸潤時間與焊接溫度的關(guān)系。溫度效應(yīng)研究的測試結(jié)果如圖3。正如預(yù)期的那樣, 所有的無鉛焊錫的浸潤時間都隨著溫度的增加而降低，這符合治金反應(yīng)、表面張力和流動性等理論的預(yù)測。表 1 歸納了選定的無鉛合金浸潤能力與焊接溫度的關(guān)系。它表明，在235°C的溫度下，

8、96Sn/3.5Ag、95.5Sn/4.0Ag/0.5Cu 和 96.5Sn/3.5Ag/3.0 Bi的浸潤運動學(xué)過程過于緩慢，只有 63Sn/37Pb 和88Sn/3.5Ag/4.5 Bi/4In 達(dá)到了ANSI/J STD-003的浸潤時間標(biāo)準(zhǔn) (到達(dá)最大浸潤力的2/3時的浸潤時間。 一般推薦到達(dá) 2/3 最大力的時間(t F2/3)應(yīng)該是少于二秒，以便在波峰焊工藝下得到好的可焊度。 在測量到達(dá) 2/3 最大力的浸潤時間時，93.5Sn/3.5Ag/3Bi 和 95.5Sn/4.0Ag/0.5Cu 焊錫在(235°-265°C)的溫度范圍內(nèi)，甚至在(>255

9、76;C)的高溫下，具有比二秒還長的浸潤時間。所以，這兩種焊錫不可能適用于罐溫低于255°C的波峰焊工藝。在235°C時，只有63Sn/37Pb 和88Sn/3.5Ag/4.5 Bi/4In能夠達(dá)到t F2/3< 2秒。當(dāng)溫度增加到245°C時，99.3Sn/0.7Cu、 91.4Sn/4.1Ag/0.5 Cu/4In 和 96Sn/2.5Ag/1.0Bi/0.5 Cu能夠獲得 t F2/3<2秒。255 °C時，所有的無鉛合金都達(dá)到了t F2/3<2秒。最大浸潤力。 圖 5 展示了在235°C 265°C 的溫度范

10、圍內(nèi)，時間為2秒時的最大浸潤力。雖然沒有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定最大浸潤力的值,95.5Sn/4.0Ag/0.5 Cu 和 95.5Sn/3.5Ag/3.0 Bi 在 235°C-245°C 的溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出最低的浸潤力，而 88Sn/3.5Ag/4.5 Bi/4In 卻表現(xiàn)出最大的浸潤力。 如圖 5 所示,在所測試的無鉛焊錫中,88Sn/3.5Ag/4.5 Bi5/4In不但表現(xiàn)出最大浸潤力, 而且與63Sn/37Pb 等同。而只有當(dāng)溫度高達(dá)265°C的時候,其他的無鉛焊錫的浸潤力才接近 63Sn/37Pb 的水平。大體上,99.3Sn/0.7Cu、 96.5Sn/3.5Ag

11、、 96Sn/2.5Ag/1.0Bi/0.5 Cu、88Sn/3.5Ag/4.5Bi/4.0In 和 91.4Sn/4.1Ag/0.5Cu/4.0In的最大浸潤力明顯地高于93.5Sn/3.5Ag/3.0 Bi 和 95.5 Sn/4.0 Ag/0.5 Cu。總結(jié)和結(jié)論 浸潤時間和浸潤力反映了無鉛合金的相對浸潤性能。更明確地說，在一定的焊接工藝下，它們與焊錫的伸展和彎月面的成形有關(guān)。 如預(yù)期的那樣，工藝溫度影響著浸潤的效果，合金的浸潤能力隨溫度的增加而增加，直到接近一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)。在使用RMA 焊劑的條件下，測試結(jié)果表明，88Sn/3.5Ag/4.5 Bi/4In 能夠表現(xiàn)出可與63Sn/

12、37Pb在235°C時相比的浸潤能力；而Sn91.4/Ag4.1/Cu0.5/In4 和 96Sn/2.5Ag/1.0 Bi/0.5 Cu在245 °C表現(xiàn)出很好的浸潤能力；Sn99.3/Cu0.7 焊錫在溫度高于245°C時可以達(dá)到很好的浸潤；95.5Sn/4.0Ag/0.5Cu、95.5Sn/4.5Ag/3.0Bi 和 96.5Sn/3.5Ag 直到焊接溫度接近255 °C還不具有好的浸潤性。就此得出的結(jié)論是，無鉛合金,例如 95.5Sn/4.0Ag/0.5Cu、95.5Sn/4.5Ag/3.0Bi 和 96.5Sn/3.5Ag，在普遍使用的波峰焊和

13、回流焊的焊接溫度 (等于或低于 240°C- 245°C)和現(xiàn)有設(shè)備和工藝設(shè)定下，不能提供好的浸潤性。此外，試驗結(jié)果表明，在 265°C時，本研究中所有被測的無鉛合金的浸潤時間都少于1秒。這說明所選擇的全部無鉛合金在高溫下都能達(dá)到可接受的浸潤?？偟膩砜?，這項有系統(tǒng)的研究表明，在浸潤能力方面性能最高的是96Sn/2.5Ag/1.0Bi/0.5Cu、88Sn/3.5Ag/4.5Bi/4.0In和 91.4Sn/4.1Ag/0.5Cu/4.0。這項研究中所測試的無鉛合金浸潤參數(shù)和相對性能的趨勢是一致的。因此，可以預(yù)測，在浸潤能力和彎月面成形方面，這些由浸潤平衡技術(shù)獲得的

14、浸潤參數(shù)，會與真實的波峰焊接工藝中的評估結(jié)果相吻合。合金和合金組分決定了給定溫度下的浸潤性能。88Sn/3.5Ag/4.5Bi/4In 和 91.4Sn/4.1Ag/0.5Cu/4In 在 235 和 245°C之間，表現(xiàn)出與63Sn/37Pb可以相比的浸潤性能，所以這兩種合金可以考慮用于波峰焊和回流焊兩種工藝中，作為 63Sn/37Pb 的直接替換品。 確信電子組裝材料部推出全新ALPHA EF系列波峰焊助焊劑 為滿足電子產(chǎn)品對無鉛和揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）的環(huán)保型焊接材料的要求，確信電子組裝材料部 (Cookson Electronics Assembly Materials)

15、 推出了新型ALPH A EF 系列水基助焊劑產(chǎn)品。據(jù)全球波峰焊助焊劑產(chǎn)品經(jīng)理介紹，從環(huán)保角度而言，ALPHA EF系列助焊劑配方是專為用于無鉛裝配工藝而開發(fā)的，其不環(huán)保的揮發(fā)性有機(jī)化合物 (VOC) 含量均低于10%。EF系列波峰焊助焊劑完全適用于雙工藝生產(chǎn)線 (錫/鉛和無鉛)，從而可減省代價昂貴的各裝配批次之間的轉(zhuǎn)換時間，以便更好地管理從傳統(tǒng)錫/鉛工藝轉(zhuǎn)向無鉛工藝時可能需要進(jìn)行的大量工藝參數(shù)設(shè)置改變。首先推出的四種配方產(chǎn)品包括三個產(chǎn)品組別 (EF-2000、EF-3000 和 EF-4000)?？梢詽M足對外觀和技術(shù)上嚴(yán)格的要求，包括最優(yōu)的焊接性能、電氣可靠性、錫/鉛和無鉛操作雙重功能、回流焊后電路板外觀，以及生產(chǎn)良率。ALPHA EF-2202是一種透明的助焊劑，松香/樹脂含量為0%、VOC含量低于2%，適用于EMS、電信和計算機(jī)應(yīng)用。ALPHA EF-3001型助焊劑的松香/樹脂含量低于5%、VOC 含量低于1%，適用于汽車及消費電子應(yīng)用。具有出色的電氣可靠性，符合 Bellcore SIR、Bellcore EM 和 IPC J-STD-004 標(biāo)準(zhǔn)。此外，EF-3001 型助焊劑適用于任何需要固定涂層的應(yīng)用。ALPHA EF-3215 型助焊劑的樹脂/松香含量低于5%、VOC 含量低于2%，是專為汽車業(yè)及其它在長生產(chǎn)流程中加工大批