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姜楠张亮熊明月赵猛徐恺恺
江苏师范大学机电工程学院
哈尔滨产业大学先进焊接与延续国度要点尝试室
软钎焊技能被广泛袭用于电子封装周围，可实行电子封装器件与材料之间的互连。SnPb钎料因其卓越的潮湿机能、焊接机能和适宜的价值，不断是电子封装周围中哄骗较为广泛的钎焊材料。但是，Pb是一种会对人体和处境构成损伤的元素。跟着人们环保意识的加强，铅的哄骗遭到了极大的束缚，无铅钎料替代SnPb钎料是钎料转机的一定趋向，加快了软钎焊技能向无铅化转机的历程。
在钎焊时，助焊剂的机能决计了焊接的效率和品质，因而抉择适宜的助焊剂是关键。方今，国表里探索学者对无铅软钎焊停止了大批探索，并取患了丰硕的成就，譬喻:经过合金化、颗粒加强等办法研发出多种新式无铅钎料;美、日、欧三方离别颁布了无铅钎料和无铅软钎焊转机指南;研发出多种无铅免洗濯型助焊剂。因而，基于软钎焊技能的底子探索和袭用开垦体制曾经老练。袭用较为广泛的软钎焊技能有三种，包罗波峰焊、回流焊和半导体激光焊。波峰焊个别袭用于搀和组装方面，回流焊紧要袭用于表面贴装方面。做为群焊工艺的半导体激光焊通常袭用于印刷电路板上焊接电子元件、片状元件的组装等方面。跟着电子产物渐渐向袖珍化和多机能化的方位转机，对延续牢固性的请求越来越高，但基于无铅软钎焊技能的探索和袭用开垦仍显不够。
本文针对电子封装无铅软钎焊技能，探究了软钎焊技能的探索转机和转机方位。首先，对无铅钎料、助焊剂的品种和构成停止讲解。尔后针对无铅化带来的Sn和Cu界面反响的题目，经过Cu基板提议了基板合金化、对基板停止退火办理和化学镀三种办理办法。末了要点叙述了回流焊、波峰焊和半导体激光焊及其袭用，为探索电子封装无铅软钎焊技能供应了进一步的理论底子。
0引言
跟着电子产业的高速转机，电子产物渐渐转向袖珍化和多机能化。为了满意人们的需求，电子封装技能正向着高密度、高机能和高集成化的方位转机。同时，电子封装技能是系统封装技能的底子，能为电子芯片供应电子与板滞延续和守护。因而，电子封装在电子产业中获患了广泛的袭用且盘踞重视要的名望。
在电子产业中，钎焊是最急迫的临盆技能之一。钎焊历程中所选助焊剂的机能直接影响着焊接的品质和效率。跟着钎焊温度的抬高，钎焊历程中的氧化题目会越来越凸起，氧化将直接影响钎焊的机能。而经过哄骗焊剂，也许保证钎焊的潮湿性，并且也许削减钎焊历程中的氧化。电子封装资产具备较高的可附加值，使得软钎焊技能神速转机。
在高新机电资产中，被用做电气延续底子材料的钎料是相当急迫的。恒久以来，锡铅合金因具备卓越的导电性、优质的可焊性和力学机能、成本较低等长处，已成为电子封装周围中弗成或缺的钎焊材料。跟着电子封装技能的神速转机，焊点需求承袭的板滞负荷和热负荷高出了也许承袭的最大容许值，焊接的机能请求也在渐渐抬高。保守的锡铅钎料已不能满意电子产业的请求，因而转机高机能的无铅钎焊材料势在必行。尤为是在年2月13日，欧盟经过官方公报的气象颁布了WEEE(WasteElectricalandElectronicEquipment)和ＲoHS(ＲestrictionofHazardousSubstances)指令，这标识着电子产物马上投入环保期间，也为来日的墟市架设了一路绿色的技能壁垒。个中，电子封装软钎焊技能的无铅化是较为关键的一环。SnAgCu钎料以其优质的力学机能、卓越的抗蠕变和抗疲倦机能，被以为是最也许替代保守含铅钎料的无铅钎料。20世纪末，SnAgCu合金钎料就已根本替代锡铅钎料，到21世纪，无铅软钎焊技能高速转机，也许说曾经投入到无铅软钎焊的期间。
1软钎焊的无铅化
1．1无铅钎料
全寰宇铅总损耗量的80%集结在电池行业，在电子行业中铅的损耗量仅占总损耗量的0．5%，美国NCMS在年颁布的统计数据如表1所示。跟着人们处境守护意识的抬高，软钎焊的无铅化已是大局所趋。
年，人们起头大批哄骗Sn-Ag和Sn-Bi合金钎料。Sn-Ag合金具备卓越的耐热性，紧要被用于汽车部件创造周围。但Sn-Ag系合金钎料的熔点较高，潮湿性较差。Wang等探求了稀土元素ＲE对SnAg系无铅钎料潮湿机能的影响，发觉稀土元素ＲE能抬高钎料的抗拉强度和潮湿机能。这主假如由于稀土元素ＲE也许有用低沉熔融态钎料的表面张力，而Sn-Ag系合金钎料的潮湿机能较差主假如Ag的表面张力较高致使的，故增加搀和稀土(La，Ce)能改良SnAg系合金钎料的潮湿机能。但是当增加的稀土元教养量分数高出1．0%时，稀土元素的改良效用大幅松开。这主假如由于增加的稀土元素是有限度的，高出此限度则过多的稀土会堆积在钎料上，拦阻无铅钎料的起伏。而Sn-Bi合金因其熔点
较低和抗疲倦机能卓越，被广泛袭用于低温焊接中。但是，Sn-58Bi系合金钎料在使历时存在一个弗成防止的弱点，即Sn-58Bi合金会涌现提高景象(图1)［8］。Sn-58Bi提高景象是指在钎料冷却的历程中，Bi会离开并且堆积在Sn相中。固结时，无铅钎料和引线的热萎缩应力会拉伸焊区底部使得焊区底部提高。也许经过增加第三种合金元历来使得Bi散开，进而提高Sn-Bi钎料的机能。董昌慧等探索了增加微量的元素Co对Sn-Bi共晶钎料机能的影响，发觉增加微量的元素Co对Sn-58Bi合金的熔点影响较小，且有用抬高了Sn-58Bi钎料的潮湿机能和抗拉强度。这主假如由于Co和Sn反响生成化合物CoSn2，化合物CoSn2会弥漫散布在合金中，拦阻晶粒滑移和位错等历程的停止，起到了弥漫加强的效用，进而抬高了钎料的抗拉强度。
20世纪后，Sn-Ag-Cu钎料被广泛袭用于电子封装周围中，软钎焊的无铅化根本实行。SnAgCu钎料以其优质的力学机能、卓越的抗蠕变和抗疲倦机能，被以为是最也许替代保守含铅钎料的无铅钎料。但Sn-Ag-Cu合金钎料因含银量较高，极地面增多了钎料的成本。并且列国对Sn-Ag-Cu钎料的成份有争议，欧盟推举Sn-3．8Ag-0．7Cu做为广泛哄骗的无铅钎料，美国NEMI推举Sn-3．9Ag-0．6Cu，日本JEITA推举的是Sn-3．0Ag-0．5Cu，主假如由于Ag含量的增多会致使粗壮的Ag3Sn成长，而Ag的含量低于3．2%(品质分数)时推绝易生成Ag3Sn。
方今，有多种罕用的无铅钎料合金体制，干流无铅钎料成份如表2所示。无铅化为保守电子封装带来了庞大的挑战。与哄骗锡铅钎料的保守封装技能比拟，无铅化封装技能紧要有两个特色:(1)为了保证钎焊材料在凝结后仍有卓越的潮湿机能，钎焊时的峰值温度需求比熔点高20～40℃。而锡铅钎料的熔点约为℃，这就请求无铅钎料的峰值温度到达～℃，需求电子元器件和印制电路板具备更高的耐热性。(2)无铅钎料的潮湿性个别低于锡铅钎料，锡铅钎料的潮湿性以至也许到达90%。并且在哄骗无铅钎料停止钎焊后，焊点的表面会产生较为严峻的氧化反响。
无铅钎料的力学机能较好，拉伸强度个别比SnPb钎料高0．5～1倍，并且具备卓越的抗蠕变机能。但是，它们在Cu基体上的潮湿性较差。潮湿性是指一种液态金属在母材表面潮湿铺展的本事。关于钎料来讲，与基板构成卓越的浸湿是实行钎焊的关键。美国国度创造核心提议了无铅钎料的评估准则，如表3所示。在钎焊历程中，钎料熔体和母材的浸湿紧要取决于焊剂的效用。这主假如由于钎料金属和母材金属的表面时常会笼罩一层氧化膜，而氧化膜会拦阻钎料在母材上的铺展，经过哄骗焊剂则也许有用断根氧化物，改良钎料熔体在母材上的浸湿。另外，焊剂具备较高的活性，能有用抬高钎料熔体的传热本事和起伏性。
在电子产业中，新式无铅钎料的探索是一项对照急迫的课题，不断被国表里探索学者所喜爱。而国内探索者研发的新式无铅钎料都是在已存在的无铅钎料的底子上，经过增加合金元素或金属颗粒来抬高钎料的简单机能或团体机能。无铅钎料颗粒加强办法是将纳米颗粒增加到无铅钎估中，也许抬高无铅钎料的机能。增加的颗粒主假如金属颗粒或许化合物颗粒，这些金属颗粒在焊接的历程中将会直接参加冶金反响，生成新相，而化合物颗粒不会直接参加冶金反响。
方今，SnAgCu是探索较多的无铅钎料。Liu等探索了增加微米Fe颗粒对无铅钎料机能的影响，发觉增加微米Fe颗粒将大幅抬高无铅焊点的剪切强度，但会使无铅钎料的潮湿性低沉。这主假如由于增加微米Fe颗粒也许有用压制IMC(Intermetallic
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