無鉛焊料的可靠性研究畢業(yè)論文.doc

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1、無鉛焊料的可靠性研究畢業(yè)論文目錄第1章緒論1無鉛焊料的發(fā)展1第2章無鉛焊料簡介32.1無鉛焊料的技術(shù)要求32.2無鉛焊料的狀況3第3章無鉛焊料的優(yōu)缺點(diǎn)分析53.1焊料的三大弱點(diǎn)53.1.1潤濕性差53.1.2熔點(diǎn)高53.1.3金屬溶解速度快53.2Sn-Ag-Cu系63.2.1Sn-Ag-Cu優(yōu)點(diǎn)63.2.2Sn-Ag-Cu缺點(diǎn)63.3Sn-Cu系63.3.1Sn-Cu優(yōu)點(diǎn)：73.3.2缺點(diǎn)73.4Sn-Zn（-Bi）系73.4.1Sn-Zn優(yōu)點(diǎn)73.4.2Sn-Zn缺點(diǎn)83.5Sn-Ag-In-Bi系83.5.1Sn-Ag-

2、In-Bi優(yōu)點(diǎn)83.5.2缺點(diǎn)8第4章無鉛焊料的開發(fā)與應(yīng)用104.1無鉛焊料的錫原料供應(yīng)量104.2焊料現(xiàn)狀與有效使用方法104.3其它研究課題15第5章過渡階段有鉛、無鉛混用應(yīng)注意的問題175.1關(guān)于過渡時期無鉛焊接可靠性的討論175.2錫晶須問題18II5.3空洞、裂紋及焊接面空洞或稱微孔185.4金屬間化合物的脆性195.5機(jī)械震動失效205.6熱循環(huán)失效205.7電氣可靠性205.8無鉛焊接可靠性討論小結(jié)205.8.1隱蔽的缺陷使無鉛產(chǎn)品的長期可靠性增加了不確定的因素215.8.2影響無鉛產(chǎn)品長期可靠性的因素21第6章

3、無鉛焊料及其可靠性的研究進(jìn)展226.1無鉛焊料及焊點(diǎn)的成分、組織與性能226.1.1Sn-Ag系合金Sn-Ag226.1.2Sn-Zn236.1.3Sn-Bi246.1.4Sn-Sb系與Sn-In246.2無鉛焊料的微電子應(yīng)用與可靠性問題256.3焊點(diǎn)的剪切疲勞與蠕變問題256.3.1電遷移（Electromigration）問題266.3.2無鉛焊料引入的新的可靠性問題26第7章無鉛技術(shù)最新動態(tài)287.1無鉛法規(guī)正全面實(shí)施287.2無鉛制造進(jìn)展迅速287.3無鉛系統(tǒng)開發(fā)任重道遠(yuǎn)297.4無鉛焊料呈現(xiàn)系列化和多樣化297.5無

4、鉛元器件正重點(diǎn)突破307.6無鉛設(shè)備/工藝力求精益求精307.7無鉛的可靠性正廣泛試驗307.8無鉛凸點(diǎn)制備有待推廣307.9無鉛標(biāo)準(zhǔn)尚待統(tǒng)一31第八章結(jié)論32致謝33參考文獻(xiàn)34II無鉛焊料的可靠性第1章緒論無鉛焊料的發(fā)展將金屬鉛用作低溫焊料已有多年的歷史，其優(yōu)點(diǎn)在于鉛錫合金可在較低溫度下熔化，而且鉛的儲量豐富、價格便宜。但隨著人們環(huán)保意識日益增強(qiáng)，作為污染土壤和地表水的潛在因素，業(yè)界對鉛的使用限制越來越多。盡管電子行業(yè)所用的鉛占不到世界鉛耗量的1%，但由于該行業(yè)所廢棄的焊接件占廢棄鉛元素比例迅速增加，因此表面貼裝業(yè)的無鉛化

5、也成為一項迫切的課題。90年代初，美國率先提出了無鉛工藝率并制定了一個標(biāo)準(zhǔn)來限制產(chǎn)品中的鉛含量，但由于當(dāng)時無鉛工藝還不成熟，加上這樣做會加大廠商的制造成本，所以標(biāo)準(zhǔn)最終未能執(zhí)行。但無鉛工藝的發(fā)展沒有停滯，制造商正在積極討論在材料、回流焊溫度、PCB、裝配過程和檢測等方面制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)悉，摩托羅拉今年通訊產(chǎn)品中的無鉛產(chǎn)品將占5%以上，2010年全部實(shí)現(xiàn)無鉛化；日本電子信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會將在2005年全部實(shí)現(xiàn)無鉛化；歐洲委員會限制使用含鉛產(chǎn)品的立法也將于2006年1月1日生效。元器件的無鉛電鍍是貼裝行業(yè)實(shí)現(xiàn)無鉛化的首要條件，也是

6、貼裝企業(yè)對元器件供應(yīng)商的迫切要求。由于無鉛電鍍和含鉛電鍍的工藝基本是一樣的，故電鍍的無鉛化難度相比貼裝無鉛化要簡單一些，關(guān)鍵是要選擇適當(dāng)?shù)奶娲辖?，使鍍層質(zhì)量和使用性能能夠滿足焊接要求。鍍層質(zhì)量是指電鍍不產(chǎn)生晶須、表面光澤好、與鎳層結(jié)合牢固。使用性能包括：濕潤性(潤濕角、一定溫度下的潤濕時間)、與焊料接合強(qiáng)度、回流焊后的氣孔、抗老化性能等。目前比較成功的無鉛電鍍合金有兩種：美國開發(fā)的Ni-Sn系統(tǒng)和日本開發(fā)的Cu-Sn系統(tǒng)，基本滿足了上述鍍層質(zhì)量和使用性能要求。大量實(shí)驗表明，當(dāng)采用傳統(tǒng)的鉛錫焊料時，這些新鍍層的使用性能與Pb-

7、Sn鍍層不相上下；但當(dāng)改用無鉛焊料時，必須把回流焊溫度提高到260℃才能達(dá)到Pb-Sn焊料在235℃回流焊時的潤濕及結(jié)合程度。無鉛焊料的選擇貼裝無鉛化，主要在于無鉛焊料的選擇及焊接工藝的調(diào)整，其中尤以無鉛焊料的選擇最為關(guān)鍵。選擇無鉛焊料的原則是：熔點(diǎn)盡可能低、結(jié)合強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)。人們先后研究過許多錫基合金，概述如下：Sn-3.5Ag：是眾多無鉛焊料的基礎(chǔ)，溶點(diǎn)221℃（Sn-Pb焊料的熔點(diǎn)為183℃），液態(tài)下表面張力大、潤濕性差、強(qiáng)度高、抗蠕變性強(qiáng)。Sn-3.8Ag-0.7Cu：熔點(diǎn)217℃，Cu的引入不僅降低了熔點(diǎn)，且

8、顯著改善了潤濕性能。245℃即具有很好的潤濕性，但在表面貼裝時，由于大元件較大的熱容量，回流焊溫度需提高到260℃。對有引線及無引線元件的熱循環(huán)試驗表明，Sn-Ag-Cu不比Sn-Pb焊料差。良好的可靠性和合適的工藝參數(shù)使得該合金成為線路板貼裝時的最佳無鉛焊料，美國國家電子制