無鉛焊接中高溫恒溫試驗、溫度沖擊試驗應(yīng)用實例

時間：2023/12/4閱讀：273

無鉛焊接中高溫恒溫試驗、溫度沖擊試驗應(yīng)用實例

如一月份文章所述，無鉛工藝的應(yīng)用給業(yè)界帶來了許多新問題。無鉛工藝取代傳統(tǒng)的錫鉛工藝，不僅會影響電子組裝中的材料、設(shè)備、工藝，而且還會影響產(chǎn)品的可靠性和質(zhì)量檢測標準。可靠性測試在無鉛焊接的應(yīng)用推廣中變得越來越重要。

高溫恒溫試驗、溫度沖擊試驗及濕熱試驗等作為有效的電子部品熱疲勞試驗，在很多方面都發(fā)揮著其重要的作用。

在研發(fā)、篩選無鉛焊料時的應(yīng)用

對于大多數(shù)制造商來說，無鉛化的zui大變化無疑是焊料。目前的無鉛焊料種類繁多，適用范圍各不相同，包括有Sn-Cu、Sn-Ag、Sn-Ag-Cu、Sn-Zn等各種系列。如何從中挑選出真正匹配廠家生產(chǎn)工藝的合適焊料是其中關(guān)鍵的技術(shù)難題。如今在使用無鉛焊料和無鉛元器件之前，客戶大多會要求進行認定測試，進行溫度沖擊循環(huán)（TCT）和濕熱試驗（THT）等可靠性測試，以確認元器件的質(zhì)量和可靠性，或者驗證焊料、元器件與現(xiàn)有有鉛工藝的兼容性。

無鉛焊接中高溫恒溫試驗、溫度沖擊試驗應(yīng)用實例

試驗結(jié)果表明，傳統(tǒng)的Sn-37Pb焊料在試驗中會出現(xiàn)再結(jié)晶現(xiàn)象，金屬間化合物長大，這有可能導(dǎo)致開裂的發(fā)生。而試驗中用的3種無鉛焊料均無此種現(xiàn)象，其原因是因為無鉛焊料生成的Ag3Sn即使在高溫下也不會長粗，非常穩(wěn)定，其在連接部位的彌散分布抑制了金屬間化合物的生長，使得連接部位結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。此外，在部分無鉛樣品中，還出現(xiàn)了空洞（voids），這應(yīng)該與焊料的潤濕性能不足，以及回流曲線的設(shè)定有關(guān)。

與此同時，我們還進行了驗證不同焊料和Sn-Pb鍍層QFP部件兼容性的試驗。結(jié)果表明，含Bi焊料與Sn-Pb鍍層的器件接觸時，回流焊后會生成Sn-Pb-Bi共晶合金，熔點只有99.6℃，極易導(dǎo)致fillet-lifting現(xiàn)象的發(fā)生。因此使用含Bi無鉛焊料時，需注意避免與Sn-Pb鍍層的器件混合。

在研究錫須生長中的應(yīng)用

目前的無鉛器件基本均以Sn作為表面鍍層。含錫量增大的后果是容易產(chǎn)生錫須,由于錫須可以在電鍍之后，甚至在幾年之后才開始生長，因而其對產(chǎn)品可靠性造成的潛在危害非常大。許多組織已經(jīng)對錫須展開了大量的研究。

無鉛焊接中高溫恒溫試驗、溫度沖擊試驗應(yīng)用實例

現(xiàn)在普遍認為錫須的產(chǎn)生與內(nèi)應(yīng)力的釋放相關(guān)，是Sn層中存在的壓縮應(yīng)力zui終導(dǎo)致了錫須的產(chǎn)生。目前對錫須生長測試使用的試驗方法很多，大多為溫濕度相關(guān)試驗，此處列出了其中的3種，如表一所示。表中還根據(jù)錫須產(chǎn)生機理及應(yīng)力類型的不同，把錫須分成3類。

表一

種類	產(chǎn)生機理	測試方法
恒溫錫須	基材金屬（Cu）擴散至Sn而引起的內(nèi)應(yīng)力	高溫試驗（HTST）：50℃，1000小時
濕熱錫須	Sn氧化而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力	濕熱試驗（THT）：85℃，85%R.H.，1000小時
熱沖擊錫須	基材金屬（Cu）/過渡層金屬和Sn鍍層之間熱膨脹系數(shù)不同引起的內(nèi)應(yīng)力	溫度沖擊試驗（TCT）：-40℃～85℃，500循環(huán)

試驗表明，錫須增長主要取決于溫度和濕度。關(guān)鍵溫濕度是50℃以上，相對濕度50%。另外，錫含量也非常重要。錫純度越高，形成錫須的機會就越大。

為了避免錫須，目前有許多相應(yīng)措施，比如預(yù)烘、Matte tin、在Cu和Sn鍍層間添加Ni過渡層等，另外還特別需要重視對材料供應(yīng)的跟蹤。為了抑制錫須的生長，還必須注意降低焊接工藝引入的溫度應(yīng)力，因此回流曲線的設(shè)定也必須更為謹慎。

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