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        淺析SMT加工無鉛焊接金屬間化合物的脆性

        來源:   發布時間:2020-07-27   點擊量:821

            金屬間化合物(IMC)通常是凝固時在貼片加工焊接點的界面析出,因此,IMC位于母材與釬料的界面。金屬間化合物與母材以及料的結晶體、固溶體相比較,強度是最弱的。其原因是:金屬間化合物是在熱膨脹系數的脆性材料基板,襯墊,焊料側部件,容易產生造成的開裂顏色失敗之間有很大的區別。

            研究表明,無鉛料與Sn-37Pb料最大的不同是:在再流焊和隨后的熱處理及熱時效(老化)過程中,金屬間 化合物會進一步長大,從而影響長期可靠性。
            圖4所示是有鉛焊接與無鉛焊接溫度曲線比較,圖中下方(黑色)曲線是Sn-37Pb的溫度曲線, Sn-37Pb的熔點為183℃,峰值溫度為210~230℃,液相時間為60~90s;圖中上方(紅色)曲線是Sn-Ag-Cu的溫度曲線,Sn-Ag-Cu的熔點約為220℃,峰值溫度為235~245℃,液相時間為50~60s。圖中顯示了無鉛焊接與有鉛焊接的比較,無鉛焊接的溫度高、工藝窗口窄,金屬間化合物(IMC)的厚度不容易控制。
            由于技術擴散的速度與溫度變化成正比發展關系,擴散的量與峰值進行溫度的持續工作時間和液相時間也成正比關系,焊接環境溫度越來越高,時間越長,化合物層會增厚。而無鉛焊料(Sn-Ag-Cu)恰恰熔點高,回流焊的溫度比傳統的Sn-37Pb高,因此,無鉛焊接的高溫會使IMC快速增長;從兩條溫度曲線的比較中還可以看到,無鉛焊接從峰值溫度至爐子出口的時間也比Sn-37Pb焊接的時間長,這相當于增加了熱處理的時間,這也會使無鉛焊點的IMC增多;另外,有研究表明,無鉛料在熱時效(老化)過程中金屬間化合物會進一步長大,也就是說,電子產品在使用過程中由于環境溫度變化以及加電發熱(相當于老化)過程中金屬間化合物還會進一步長大。由于IMC是脆性的,過厚的IMC也會影響無鉛焊點的長期可靠性?! 榱耸菇饘匍g化合物的厚度不會太厚,在設置溫度曲線時,應盡量考慮采用較低的峰值溫度和較短的峰值溫度持續時間,同時,還要縮短液相時間。因此,無鉛焊接的工藝窗口很窄。
            總之,溫度要求過低、潤濕性差,影響進行擴散的發生,響焊點連接工作強度:溫度不能過高,金屬間化合物產生過多,也會響焊點連接一個弧度。
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