装配材料范文10篇

时间:2023-03-26 07:19:50

装配材料

装配材料范文篇1

Sn/Ag合金

Sn/Ag3.5-4.0合金在混合电路与电子组装工业的使用时间较长。正因如此,部分业者对使用Sn/Ag作为一种无铅替代合金感觉得心应手。但不巧的是这种合金存在几方面的问题。首先这种合金的熔融温度(221度)和峰值回流温度(2400-260度)对于许多表面安装部件和过程来说显得偏高。此外,这种合金还含有3.5-4%的银,对某些应用构成成本制约。而最主要的问题是这种合金会产生银相变问题从而造成可靠性试验失效。

我们注意到,在进行疲劳试验(结果如表1)时,Sn96/Ag4在其中一种循环设置上产生了失效。对此问题作进一步研究得出的结论是:失效起因于相变。相变的产生是因合金的不同区有着不同的冷却速率而致。

为对此问题进行深入研究,用一根Sn96/Ag4焊条,从底部对其进行回流加热及强制冷却,以便对其暴露在不同冷却速率下的合金的微结构进行观察。Sn96/Ag4合金按冷却速率的不同产生三种不同的相。由此考虑同样的脆性结构会存在于焊接互连中,从而造成焊区失效。正是由于这种原因,大多数OEM及工业财团反对把Sn/Ag作为主流无铅合金来用。银相变问题的存在也对高银Sn/Ag/Cu合金提出了质问。

Sn/Ag/Cu合金

尽管涉及专利保护方面的问题,世界大部分地区还是倾向选用Sn/Ag/Cu合金。但到底选择什么样的合金配方?本文将重点讨论两种Sn/Ag/Cu合金:受各种工业财团推崇的Sn/Ag/Cu0.5合金和相应的用作低银含量合金的Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5。

两种Sn/Ag/Cu合金的比较

在讨论两种合金体系的可靠性试验结果之前,先凭经验对两种合金作一比较是有益的。大体上看两种合金很相似:两者都具有极好的抗疲劳特性、良好的整体焊点连接强度以及充足的基础材料供应。但两者之间确也存在一些细微的差异值得讨论。

熔点

两合金的熔点极为相似:Sn/Ag4/Cu0.5熔点为218度,Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5熔点为217度。业界对这种差异是否构成对实际应用的影响存在争议。但如能对回流过程严格控制,熔点温度变低会因减少元件耐受高温的时间而带来益处。

润湿

两种合金比较,自然地会对选择高银含量合金的做法抱有疑问,因为银含量变高会增加产品成本。有臆测认为高银合金有助于改进润湿。但润湿试验结果显示,低银含量合金实际上比高银合金润湿更强健和更迅速。

专利态势

工业界渴望找到一种广泛可获的合金。因此,专利合金是不大受欢迎的。尽管Sn/Ag4/Cu0.5合金没有申请专利,而Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5已申请了专利,但选择时需要全面了解两种合金的专利约束作用和实际供应源情况才好确定。

上面已谈到,Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5合金已获专利。但它已授权给焊料制造商使用,对授权使用者无数量限制和无转让费用。目前,这一合金可通过北美、日本和欧洲的数家焊料厂商在全球范围内获取。尽管Sn/Ag4/Cu0.5合金没有申请专利,但用这种合金制成的焊点连接是有专利的,而在美国具有这种产品销售授权的电子级焊料厂商的数量极为有限。

尽管用Sn/Ag4/Cu0.5制作的焊点有可能侵犯现有的专利权,但业界还是建议使用这种合金。人们曾假想地认为,通过给这种系统施加预先工艺可以避开专利纠纷。但这种想法是错误的,因为大多数的专利说明都会涉及合金成份和应用范围(焊点)两部分内容。换句话说,如果预先工艺能够得到证实,突破专利的合金成份限制是可能的。但如果专利说明做得很完善,那么还需向声明了电子装配焊接特定用法的应用部分进行挑战。总的来说,这意味着即使制造商正在使用一种专利规定范围(如Sn/Ag4/Cu0.5)以外的合金,但如果在制造过程中,此合金"偶获"基础金属成分(一般为铜)并因而形成一种含有专利规定范围内的成份构成的金属间化合物的话,那么该制造商就会因侵犯了专利权而受到法律的裁决。

金属成本

专利载明的银含量范围为3.5%-7.7%。如此高的银含量使得焊料的大量使用变得成本高昂;装填波峰焊锅时,每1%的银大约使成本增加0.66美元/磅(见表2)。为控制成本,有人建议在波峰焊应用中使用不含银的无铅合金,在表面安装应用中使用含银合金。但正如下面所要讨论的,使用这种方法会因Sn/Cu和双合金工艺存在不足而造成失效。

Sn/Cu的工艺缺陷

遏制成本的想法虽说合情合理,但引用Sn/Cu需要考虑几方面的因素。第一,此合金的熔融温度为227度,使其在许多温度敏感应用上受限。此外,它比其它无铅焊料的湿润性差,在许多应用中需引入氮和强活性助焊剂并可造成与润湿相关的缺陷,这点已得到广泛证明。还有,一般来讲Sn/Cu表面张力作用较低,在实施PTH技术时容易进入套孔(barrel)中,且缺乏表面安装装配过程所要求的耐疲劳强度。最后一点,该合金的耐疲劳特性差,可导致焊区失效,从而抵销了节省成本的初衷。

双合金装配

还应注意的是,除Sn/Cu引起相关问题外,使用双焊料合金(SMT过程使用Sn/Ag/Cu,波峰焊使用Sn/Cu)也存在问题。Sn/Ag/Cu、Sn/Cu混用不宜提倡,因为这会造成合金焊点连接的不均匀性。如果这一情形出现,那么制成的焊点会因不能消除应力和应变而易产生疲劳失效。由于存在这些潜在的混用问题,因此在进行修复或修补时就需要开列两种合金的存货清单,并给出具体的指令进行监控,以使两合金不发生混用。然而,经验显示,不论对这种情形监控得多好,操作员都会趋向使用易用性最好也即流动性最好且熔融温度较低的焊料。因此,尽管焊点最初由Sn/Cu来装配,但大量修补工作可能会用Sn/Ag/Cu合金来完成。如果两种产品都在生产现场使用,那么RA会常用到,不只是好用的问题。双合金装配工艺的要害问题是会导致潜在的可靠性失效且很难对此进行有效地监控。

焊点连接的可靠性试验

为分析Sn/Ag/Cu和Sn/Cu的可靠性,对它们进行各种热和机械疲劳试验。试验描述和试验结果如下:

热循环试验结果

测试板用Sn/Cu0.7、Sn/Ag4/Cu0.5和Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5,以及1206薄膜电阻器制作。之后在-40度到125度的温度范围内,以300、400、500次的15分循环量对该板施以热冲击。然后将焊点分切,检查是否存在裂痕。

试验后检查的结果显示,Sn/Cu合金由于湿润性不好导致某些断裂焊点的产生。此外,成形很好的Sn/Cu焊点在施以第三种500次重复循环设置的试验时,也显示有断裂。

有意思的是Sn/Ag4/Cu0.5和Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5合金在经历高达500次重复的试验后没有任何断裂迹象。这显示出Sn/Ag/Cu合金具有Sn/Cu无法比拟的极为优异的耐热疲劳性。但需要注意的是,Sn/Ag4/Cu0.5合金在经过热循环处理后焊点的晶粒(grain)结构的确产生了一些变化。

机械强度-挠性测试

测试板用Sn/Cu0.7、Sn/Ag4/Cu0.5和Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5,以及1206薄膜电阻器制作,对它进行挠性测试。用Sn/Cu0.7制作的焊点在挠性测试中产生断裂,这显示焊点不能承受大范围的机械应力处理。相反由Sn/Ag4/Cu0.5和Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5制作的焊点却满足所有的挠性测试要求。

混合解决方案?

为消除电子行业存在的隐患,已开发出了一种完全无铅装配的混合解决方案。她用粗糙的锡铅成品(QFP208IC)、有机表面保护剂PWB和Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5合金焊膏构成系统,以复杂性或成本都不太高的方式达到了完全无铅装配的目的。取得成功的关键是这种装配方法能够承受峰值温

度为234度的回流加热。需要注意的是,这种装配方法要经过惰性环境的处理。当然,限于元件的效用性问题,以及由元件热容、夹具固定等原因引起€%=T变化而造成事实上不是所有的装配过程都能达到234度的峰值板温度,因此不是所有装配都能够进行上述处理。但它给我们的重要提示是,在某些情形下,通过引入某些材料,实现无铅焊接可以变得轻而易举。

装配材料范文篇2

[关键词]装配式建筑;墙体材料;墙板;砌块

1前言

目前,我国正处于新型工业化和新型城镇化加速发展阶段,建筑行业面临劳动力短缺、人工成本高、环境污染、资源浪费、建筑废弃物量大等日益突出的问题,发展装配式建筑,推动我国建筑业转型升级成为必然发展趋势。装配式建筑指采用部件部品,在施工现场以可靠连接方式装配而成的建筑,具有设计标准化、生产工业化、施工装配化、装修一体化、管理信息化、建筑智能化、工人产业化等的特征,具备节能、节地、节材、节时、节水、环保等优势。装配式建筑主要分为预制钢筋混凝土结构(即PC结构)、钢结构(包括轻钢结构)、木结构等。装配式建筑也称建筑工业化和住宅产业化。建筑工业化是法国20世纪50年代提出的,在欧美流行并发展起来,而住宅产业化源于日本,并在日本得到了发展[1]。然而,无论是住宅产业化还是建筑工业化,都与装配式建筑的概念是一致的。目前瑞典工业化住宅的比率已达到80%以上,日本达到70%以上,英国达到75%以上,新加坡达到86%,香港达到50%,而我国建筑量约为世界总量的50%,但工业化率仅为7%。因此,如何快速实现建筑工业化,以解决当前问题和矛盾,成为重中之重,装配式建筑作为建筑工业化发展重心,正迎来爆发式的增长机遇。墙体材料作为建筑物主要的围护材料,占建筑物总体建筑材料的三分之二。装配式建筑的绿色化、节能化发展,要求使用绿色节能的现代墙体围护材料。因此,现代墙体材料作为装配式建筑的重要组成部分,必须发展轻质、高强、保温、防火与建筑同寿命的多功能一体化现代墙体材料体系,包括部品部件的通用化、标准化、模块化和系列化。

2装配式混凝土PC构件

预制装配式混凝土结构是以预制混凝土构件为主要构件,经装配、连接,结合部分现浇而成的混凝土结构,是当前国内推广应用比较广泛的装配式建造方式,也是我国建筑工业化发展中的一个重要方向[2]。PC构件的英语是PrecastConcrete,是混凝土预制件的简称,是指在工厂中通过标准化、机械化方式加工生产的混凝土制品。装配式混凝土建筑PC构件的生产在整个产业循环中占据重要作用,目前,PC构件成型工艺主要有平模机组流水工艺、平模传送流水工艺、固定平模工艺、立模工艺、长线台座工艺、压力成型法等。国内装配式建筑构件生产工艺流程见图1。随着国家政策和各省市系列政策的出台,装配式混凝土PC构件品类逐渐完善,企业逐步增多,但应用最广的是一些非结构构件,如预应力混凝土空心楼板、墙板、叠合楼板、全预制阳台板、叠合阳台板、预制飘窗、全预制空调板,从应用方面来说品种比较单一。而欧美等发达国家装配式混凝土建筑构件种类繁多,主要有全预制柱、全预制梁、叠合梁、单T和双T屋面板、槽形板、全预制剪力墙、单层叠合剪力墙、双层叠合剪力墙、外挂墙板、预制混凝土夹心保温外墙板、预制叠合保温外墙板、全预制楼板、全预制女儿墙、装饰柱等8大类50多种产品。它们不仅可以用于有梁柱楼板和墙板的结构体系,也可以用于无梁无柱板材结构体系。随着装配式建筑的发展,预制率增速明显,但是由于当前标准体系尤其是评价体系尚不完备,不利于大规模推广,以至于企业生产规模效益无法体现,建造投入成本高,建筑外观单一、缺乏多样性,装配率还较低,也进一步制约了装配式建筑的发展。提高装配式建筑装配率的关键除了主体结构外,还在于墙体材料围护结构,因此,大力发展部品化现代墙体材料,是适应装配式建筑发展的需要。

3现代墙体材料的发展

现代墙体材料的发展方向主要是节能环保、耐久性以及功能性三大方面,主要包括砖、砌块和板材三大类[3]。装配式墙体材料区别于传统墙体材料的重要特点是:它能更好地适应现代建筑施工标准化、模数化的生产要求[4]。目前,国内适用于装配式建筑的墙体材料主要以节能保温为主的墙体板材,大多砖和砌块的装配率不高,而国外发达国家开始使用烧结砌块墙体和功能性墙板体系为主的现代墙体材料部品部件。3.1节能烧结保温砌块墙体。节能烧结保温砌块墙体目前主要有两种:一种是页岩、粉煤灰、煤矸石、淤泥等为原料,经一定的生产工艺烧制而成的新型节能墙体材料——烧结保温砌块,以单一制品形式同时解决节能保温与结构承重的双重问题,主要用于装配式建筑承重墙体及外保温围护结构;另一种是剪力墙外挂新型外墙外保温材料-WDF外保温体系,由烧结砖层和填充物组成,主要用来取代传统外墙保温体系(如图2和图3所示)。烧结保温空心砌块有不同的规格尺寸和孔型结构,决定其有着不同的热工性能,可以按照不同热工分区,开发不同规格尺寸与孔型排布的墙体结构体系。我国三个热工分区的烧结保温砌块热工性能如表1所示。WDF外保温体系也有不同的厚度和规格尺寸,按照热工气候分区,可设计成不同的厚度用于剪力墙的保温层,部分WDF外保温体系热工性能如表2所示。砌筑,可形成不同墙体厚度和尺寸规格的烧结保温砌块墙体,适合不同热工气候分区的装配式建筑所需的护结构体系。烧结保温空心砌块墙体可以做成带构造柱和不带构造柱,带窗墙洞和不带洞的多种墙体形式。国外烧结保温空心砌块墙体及其安装图如图4所示。3.2尾矿节能保温墙板。近年来随着建筑节能和装配式建筑的发展,尾矿节能保温墙板逐渐发展起来。它是以铁尾矿和页岩为主要原材料,采用颚式破碎+球磨混料工艺技术,造粒、干燥、布料、高温发泡后经燃气式隧道窑烧制而成,主要用于混凝土结构体系的装配式建筑承重墙体及外保温围护结构。这一节能墙体板材有不同厚度和不同规格尺寸,厚度有0~300mm,宽度有0~1.5m(如图5所示)。它具有良好的热工性能,具体参数如表3所示。3.3蒸压加气混凝土板。蒸压加气混凝土板又称ALC板,是以水泥、石灰、硅砂等为主要原料,再依据结构要求,增加不同数量经防腐处理的钢筋网片的一种轻质多孔的新式绿色环保墙体材料。经高温高压、蒸压养护,生产出具有多孔状结晶的板材,孔隙率达70%~80%,因而具有自重轻、绝热性好、隔声吸音等性能,符合当前国家对建筑保温装配式材料提出的要求。其使用范围广,可加工性能好,具有良好的力学性能,主要用于混凝土结构体系和钢结构体系的装配式建筑的内外墙体、屋面和楼面板。3.4预制混凝土夹心保温复合墙板。预制混凝土夹心保温复合墙板是以混凝土、钢筋和钢材、拉结件、高效绝热材料、脱模剂等为原材料,经混凝土搅拌,以及混凝土墙板的成型、养护、脱模起吊生产而成,主要用于装配式建筑的承重墙体、非承重墙体隔断及外保温围护结构。其主要有以下四种类型:(1)采用金属拉接件技术的夹心保温板:采用不锈钢拉接件连接内外层混凝土板,完全取消板周边及窗洞口周边的混凝土肋,适当加大绝热材料厚度来满足外墙的保温要求。(2)采用非金属连接件技术的夹心保温板:由复合增强纤维拉接件和挤塑板等绝热材料构成,使用时,将拉接件两端插入混凝土中锚固,中间固定绝热材料。(3)采用预制混凝土外模板技术的夹心保温板:外叶面板作为外模板,在外模板内侧放置绝热材料,通过拉接螺栓与内模板连接,该技术适宜在抗震要求较高地区的高层建筑中应用。(4)采用预制混凝土夹心保温承重外墙板:墙板内侧的混凝土板作为承重结构层,厚度可根据结构设计要求确定,一般为160~200mm;外层混凝土板作为装饰面层,通过拉接件挂在结构层上。3.5功能化复合墙板。随着建筑功能需求的增加,功能化复合墙板产品也越来越多,主要有以下几种:(1)保温装饰一体化板金属面保温装饰一体化板由表面铝板、无极硅钙板、保温层和地面铝箔四部分组成,薄石材保温装饰一体化板由面板、保温层、底衬经自动化生产线一次性复合成型,两者均用于外墙外挂保温体系。(2)纸面石膏板复合墙板石膏板复合墙板指以纸面石膏板为面层、绝热材料为芯材的预制复合板。其主要用于装配式建筑内隔墙,部分用于轻钢结构外墙。(3)纤维增强硅酸钙复合板以钙质材料(消石灰粉、水泥、电石泥)、硅质材料(粉煤灰、石英砂、硅藻土)、增强纤维(纸浆、硅灰石及其他材料)等为原料,经制浆、成型、蒸压养护、砂光等工序制成的复合墙板。其主要用于装配式建筑内隔墙,部分用于轻钢结构外墙。3.6建筑隔墙用轻质条板。建筑隔墙用轻质条板按类型分为空心条板、实心条板、复合条板。在墙板中,陶粒混凝土板、玻璃纤维增强水泥条板、玻璃纤维增强石膏空心条板、钢丝(钢丝网)增强水泥条板、轻混凝土条板、复合夹芯轻质条板、石膏空心条板等均属于建筑隔墙用轻质条板。其主要用于装配式建筑内隔墙,部分用于轻钢结构外墙。3.7其他装配式墙板。除此以外,还有外挂装饰条板、钢板间隔墙和建筑用U型玻璃墙板。外挂装饰条板属于装配式建筑新型幕墙材料,采用干挂式安装。钢板间隔墙一般用于装配式房屋的内隔墙,也就是说对大空间进行功能分区和(或)限定的新型墙材产品,工厂进行生产时,主要生产加工工艺可分为板材的生产及部分辅材的生产。建筑用U型玻璃墙板生产方法有压延法、辊压法和浇铸法几种,普遍采用压延法,可用于装配式建筑非承重的内外墙、隔断及屋面。

4结论

混凝土PC构件和现代墙体材料是装配式建筑发展的重要支撑与保障,也是建筑业转型发展的关键。建筑业的发展必然要求现代墙体材料向部品化、装配化发展,装配式生产过程也必然要求混凝土PC构件和现代墙体材料向标准化、通用化、高品质化、多品种化以及节能环保化等方向发展。因此,随着混凝土PC构件和现代墙体材料产品的增加,标准化率大幅提升,生产规模化效应逐步显现,成本将快速下降,有利于装配式建筑装配率飞速发展,大大提升建筑装配率,推动我国城市化发展。

参考文献

[1]王俊,赵基达,胡宗羽.我国建筑工业化发展现状与思考[J].土木工程学报,2016,49(05):1-8.

[2]顾泰昌.国内外装配式建筑发展现状[J].工程建设标准化,2014(08):48-51.

[3]沈铮,肖力光,赵壮新型墙体材料发展现状[J]吉林建筑工程学院学报,2010,27(3):36-39.

装配材料范文篇3

Sn/Ag合金

Sn/Ag3.5-4.0合金在混合电路与电子组装工业的使用时间较长。正因如此,部分业者对使用Sn/Ag作为一种无铅替代合金感觉得心应手。但不巧的是这种合金存在几方面的问题。首先这种合金的熔融温度(221度)和峰值回流温度(2400-260度)对于许多表面安装部件和过程来说显得偏高。此外,这种合金还含有3.5-4%的银,对某些应用构成成本制约。而最主要的问题是这种合金会产生银相变问题从而造成可靠性试验失效。

我们注意到,在进行疲劳试验(结果如表1)时,Sn96/Ag4在其中一种循环设置上产生了失效。对此问题作进一步研究得出的结论是:失效起因于相变。相变的产生是因合金的不同区有着不同的冷却速率而致。

为对此问题进行深入研究,用一根Sn96/Ag4焊条,从底部对其进行回流加热及强制冷却,以便对其暴露在不同冷却速率下的合金的微结构进行观察。Sn96/Ag4合金按冷却速率的不同产生三种不同的相。由此考虑同样的脆性结构会存在于焊接互连中,从而造成焊区失效。正是由于这种原因,大多数OEM及工业财团反对把Sn/Ag作为主流无铅合金来用。银相变问题的存在也对高银Sn/Ag/Cu合金提出了质问。

Sn/Ag/Cu合金

尽管涉及专利保护方面的问题,世界大部分地区还是倾向选用Sn/Ag/Cu合金。但到底选择什么样的合金配方?本文将重点讨论两种Sn/Ag/Cu合金:受各种工业财团推崇的Sn/Ag/Cu0.5合金和相应的用作低银含量合金的Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5。

两种Sn/Ag/Cu合金的比较

在讨论两种合金体系的可靠性试验结果之前,先凭经验对两种合金作一比较是有益的。大体上看两种合金很相似:两者都具有极好的抗疲劳特性、良好的整体焊点连接强度以及充足的基础材料供应。但两者之间确也存在一些细微的差异值得讨论。

熔点

两合金的熔点极为相似:Sn/Ag4/Cu0.5熔点为218度,Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5熔点为217度。业界对这种差异是否构成对实际应用的影响存在争议。但如能对回流过程严格控制,熔点温度变低会因减少元件耐受高温的时间而带来益处。

润湿

两种合金比较,自然地会对选择高银含量合金的做法抱有疑问,因为银含量变高会增加产品成本。有臆测认为高银合金有助于改进润湿。但润湿试验结果显示,低银含量合金实际上比高银合金润湿更强健和更迅速。

专利态势

工业界渴望找到一种广泛可获的合金。因此,专利合金是不大受欢迎的。尽管Sn/Ag4/Cu0.5合金没有申请专利,而Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5已申请了专利,但选择时需要全面了解两种合金的专利约束作用和实际供应源情况才好确定。

上面已谈到,Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5合金已获专利。但它已授权给焊料制造商使用,对授权使用者无数量限制和无转让费用。目前,这一合金可通过北美、日本和欧洲的数家焊料厂商在全球范围内获取。尽管Sn/Ag4/Cu0.5合金没有申请专利,但用这种合金制成的焊点连接是有专利的,而在美国具有这种产品销售授权的电子级焊料厂商的数量极为有限。

尽管用Sn/Ag4/Cu0.5制作的焊点有可能侵犯现有的专利权,但业界还是建议使用这种合金。人们曾假想地认为,通过给这种系统施加预先工艺可以避开专利纠纷。但这种想法是错误的,因为大多数的专利说明都会涉及合金成份和应用范围(焊点)两部分内容。换句话说,如果预先工艺能够得到证实,突破专利的合金成份限制是可能的。但如果专利说明做得很完善,那么还需向声明了电子装配焊接特定用法的应用部分进行挑战。总的来说,这意味着即使制造商正在使用一种专利规定范围(如Sn/Ag4/Cu0.5)以外的合金,但如果在制造过程中,此合金"偶获"基础金属成分(一般为铜)并因而形成一种含有专利规定范围内的成份构成的金属间化合物的话,那么该制造商就会因侵犯了专利权而受到法律的裁决。

金属成本

专利载明的银含量范围为3.5%-7.7%。如此高的银含量使得焊料的大量使用变得成本高昂;装填波峰焊锅时,每1%的银大约使成本增加0.66美元/磅(见表2)。为控制成本,有人建议在波峰焊应用中使用不含银的无铅合金,在表面安装应用中使用含银合金。但正如下面所要讨论的,使用这种方法会因Sn/Cu和双合金工艺存在不足而造成失效。

Sn/Cu的工艺缺陷

遏制成本的想法虽说合情合理,但引用Sn/Cu需要考虑几方面的因素。第一,此合金的熔融温度为227度,使其在许多温度敏感应用上受限。此外,它比其它无铅焊料的湿润性差,在许多应用中需引入氮和强活性助焊剂并可造成与润湿相关的缺陷,这点已得到广泛证明。还有,一般来讲Sn/Cu表面张力作用较低,在实施PTH技术时容易进入套孔(barrel)中,且缺乏表面安装装配过程所要求的耐疲劳强度。最后一点,该合金的耐疲劳特性差,可导致焊区失效,从而抵销了节省成本的初衷。

双合金装配

还应注意的是,除Sn/Cu引起相关问题外,使用双焊料合金(SMT过程使用Sn/Ag/Cu,波峰焊使用Sn/Cu)也存在问题。Sn/Ag/Cu、Sn/Cu混用不宜提倡,因为这会造成合金焊点连接的不均匀性。如果这一情形出现,那么制成的焊点会因不能消除应力和应变而易产生疲劳失效。由于存在这些潜在的混用问题,因此在进行修复或修补时就需要开列两种合金的存货清单,并给出具体的指令进行监控,以使两合金不发生混用。然而,经验显示,不论对这种情形监控得多好,操作员都会趋向使用易用性最好也即流动性最好且熔融温度较低的焊料。因此,尽管焊点最初由Sn/Cu来装配,但大量修补工作可能会用Sn/Ag/Cu合金来完成。如果两种产品都在生产现场使用,那么RA会常用到,不只是好用的问题。双合金装配工艺的要害问题是会导致潜在的可靠性失效且很难对此进行有效地监控。

焊点连接的可靠性试验

为分析Sn/Ag/Cu和Sn/Cu的可靠性,对它们进行各种热和机械疲劳试验。试验描述和试验结果如下:

热循环试验结果

测试板用Sn/Cu0.7、Sn/Ag4/Cu0.5和Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5,以及1206薄膜电阻器制作。之后在-40度到125度的温度范围内,以300、400、500次的15分循环量对该板施以热冲击。然后将焊点分切,检查是否存在裂痕。

试验后检查的结果显示,Sn/Cu合金由于湿润性不好导致某些断裂焊点的产生。此外,成形很好的Sn/Cu焊点在施以第三种500次重复循环设置的试验时,也显示有断裂。

有意思的是Sn/Ag4/Cu0.5和Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5合金在经历高达500次重复的试验后没有任何断裂迹象。这显示出Sn/Ag/Cu合金具有Sn/Cu无法比拟的极为优异的耐热疲劳性。但需要注意的是,Sn/Ag4/Cu0.5合金在经过热循环处理后焊点的晶粒(grain)结构的确产生了一些变化。

机械强度-挠性测试

测试板用Sn/Cu0.7、Sn/Ag4/Cu0.5和Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5,以及1206薄膜电阻器制作,对它进行挠性测试。用Sn/Cu0.7制作的焊点在挠性测试中产生断裂,这显示焊点不能承受大范围的机械应力处理。相反由Sn/Ag4/Cu0.5和Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5制作的焊点却满足所有的挠性测试要求。

混合解决方案?

为消除电子行业存在的隐患,已开发出了一种完全无铅装配的混合解决方案。她用粗糙的锡铅成品(QFP208IC)、有机表面保护剂PWB和Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5合金焊膏构成系统,以复杂性或成本都不太高的方式达到了完全无铅装配的目的。取得成功的关键是这种装配方法能够承受峰值温度为234度的回流加热。需要注意的是,这种装配方法要经过惰性环境的处理。当然,限于元件的效用性问题,以及由元件热容、夹具固定等原因引起€%=T变化而造成事实上不是所有的装配过程都能达到234度的峰值板温度,因此不是所有装配都能够进行上述处理。但它给我们的重要提示是,在某些情形下,通过引入某些材料,实现无铅焊接可以变得轻而易举。

装配材料范文篇4

J.Reachen

伴随欧洲电子电气设备指导法令(WEEEDirective)宣布到2006年部分含铅电子设备的生产和进口在欧盟将属非法,以及国外同业竞争者在全球不断推广无铅电子装配,相伴而生的对各种合金混合物的完好性和可靠性等问题的考虑越来越受到重视。简言之,到底选用哪种合金,这一问题变得越来越紧要。本文将对Sn/Ag、Sn/Ag/Cu和Sn/Cu等三种合金做深入考察,并对其可靠性试验结果与工艺上的考虑进行比较。

Sn/Ag合金

Sn/Ag3.5-4.0合金在混合电路与电子组装工业的使用时间较长。正因如此,部分业者对使用Sn/Ag作为一种无铅替代合金感觉得心应手。但不巧的是这种合金存在几方面的问题。首先这种合金的熔融温度(221度)和峰值回流温度(2400-260度)对于许多表面安装部件和过程来说显得偏高。此外,这种合金还含有3.5-4%的银,对某些应用构成成本制约。而最主要的问题是这种合金会产生银相变问题从而造成可靠性试验失效。

我们注意到,在进行疲劳试验(结果如表1)时,Sn96/Ag4在其中一种循环设置上产生了失效。对此问题作进一步研究得出的结论是:失效起因于相变。相变的产生是因合金的不同区有着不同的冷却速率而致。

为对此问题进行深入研究,用一根Sn96/Ag4焊条,从底部对其进行回流加热及强制冷却,以便对其暴露在不同冷却速率下的合金的微结构进行观察。Sn96/Ag4合金按冷却速率的不同产生三种不同的相。由此考虑同样的脆性结构会存在于焊接互连中,从而造成焊区失效。正是由于这种原因,大多数OEM及工业财团反对把Sn/Ag作为主流无铅合金来用。银相变问题的存在也对高银Sn/Ag/Cu合金提出了质问。

Sn/Ag/Cu合金

尽管涉及专利保护方面的问题,世界大部分地区还是倾向选用Sn/Ag/Cu合金。但到底选择什么样的合金配方?本文将重点讨论两种Sn/Ag/Cu合金:受各种工业财团推崇的Sn/Ag/Cu0.5合金和相应的用作低银含量合金的Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5。

两种Sn/Ag/Cu合金的比较

在讨论两种合金体系的可靠性试验结果之前,先凭经验对两种合金作一比较是有益的。大体上看两种合金很相似:两者都具有极好的抗疲劳特性、良好的整体焊点连接强度以及充足的基础材料供应。但两者之间确也存在一些细微的差异值得讨论。

熔点

两合金的熔点极为相似:Sn/Ag4/Cu0.5熔点为218度,Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5熔点为217度。业界对这种差异是否构成对实际应用的影响存在争议。但如能对回流过程严格控制,熔点温度变低会因减少元件耐受高温的时间而带来益处。

润湿

两种合金比较,自然地会对选择高银含量合金的做法抱有疑问,因为银含量变高会增加产品成本。有臆测认为高银合金有助于改进润湿。但润湿试验结果显示,低银含量合金实际上比高银合金润湿更强健和更迅速。

专利态势

工业界渴望找到一种广泛可获的合金。因此,专利合金是不大受欢迎的。尽管Sn/Ag4/Cu0.5合金没有申请专利,而Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5已申请了专利,但选择时需要全面了解两种合金的专利约束作用和实际供应源情况才好确定。

上面已谈到,Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5合金已获专利。但它已授权给焊料制造商使用,对授权使用者无数量限制和无转让费用。目前,这一合金可通过北美、日本和欧洲的数家焊料厂商在全球范围内获取。尽管Sn/Ag4/Cu0.5合金没有申请专利,但用这种合金制成的焊点连接是有专利的,而在美国具有这种产品销售授权的电子级焊料厂商的数量极为有限。

尽管用Sn/Ag4/Cu0.5制作的焊点有可能侵犯现有的专利权,但业界还是建议使用这种合金。人们曾假想地认为,通过给这种系统施加预先工艺可以避开专利纠纷。但这种想法是错误的,因为大多数的专利说明都会涉及合金成份和应用范围(焊点)两部分内容。换句话说,如果预先工艺能够得到证实,突破专利的合金成份限制是可能的。但如果专利说明做得很完善,那么还需向声明了电子装配焊接特定用法的应用部分进行挑战。总的来说,这意味着即使制造商正在使用一种专利规定范围(如Sn/Ag4/Cu0.5)以外的合金,但如果在制造过程中,此合金"偶获"基础金属成分(一般为铜)并因而形成一种含有专利规定范围内的成份构成的金属间化合物的话,那么该制造商就会因侵犯了专利权而受到法律的裁决。

金属成本

专利载明的银含量范围为3.5%-7.7%。如此高的银含量使得焊料的大量使用变得成本高昂;装填波峰焊锅时,每1%的银大约使成本增加0.66美元/磅(见表2)。为控制成本,有人建议在波峰焊应用中使用不含银的无铅合金,在表面安装应用中使用含银合金。但正如下面所要讨论的,使用这种方法会因Sn/Cu和双合金工艺存在不足而造成失效。

Sn/Cu的工艺缺陷

遏制成本的想法虽说合情合理,但引用Sn/Cu需要考虑几方面的因素。第一,此合金的熔融温度为227度,使其在许多温度敏感应用上受限。此外,它比其它无铅焊料的湿润性差,在许多应用中需引入氮和强活性助焊剂并可造成与润湿相关的缺陷,这点已得到广泛证明。还有,一般来讲Sn/Cu表面张力作用较低,在实施PTH技术时容易进入套孔(barrel)中,且缺乏表面安装装配过程所要求的耐疲劳强度。最后一点,该合金的耐疲劳特性差,可导致焊区失效,从而抵销了节省成本的初衷。

双合金装配

还应注意的是,除Sn/Cu引起相关问题外,使用双焊料合金(SMT过程使用Sn/Ag/Cu,波峰焊使用Sn/Cu)也存在问题。Sn/Ag/Cu、Sn/Cu混用不宜提倡,因为这会造成合金焊点连接的不均匀性。如果这一情形出现,那么制成的焊点会因不能消除应力和应变而易产生疲劳失效。由于存在这些潜在的混用问题,因此在进行修复或修补时就需要开列两种合金的存货清单,并给出具体的指令进行监控,以使两合金不发生混用。然而,经验显示,不论对这种情形监控得多好,操作员都会趋向使用易用性最好也即流动性最好且熔融温度较低的焊料。因此,尽管焊点最初由Sn/Cu来装配,但大量修补工作可能会用Sn/Ag/Cu合金来完成。如果两种产品都在生产现场使用,那么RA会常用到,不只是好用的问题。双合金装配工艺的要害问题是会导致潜在的可靠性失效且很难对此进行有效地监控。

焊点连接的可靠性试验

为分析Sn/Ag/Cu和Sn/Cu的可靠性,对它们进行各种热和机械疲劳试验。试验描述和试验结果如下:

热循环试验结果

测试板用Sn/Cu0.7、Sn/Ag4/Cu0.5和Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5,以及1206薄膜电阻器制作。之后在-40度到125度的温度范围内,以300、400、500次的15分循环量对该板施以热冲击。然后将焊点分切,检查是否存在裂痕。

试验后检查的结果显示,Sn/Cu合金由于湿润性不好导致某些断裂焊点的产生。此外,成形很好的Sn/Cu焊点在施以第三种500次重复循环设置的试验时,也显示有断裂。

有意思的是Sn/Ag4/Cu0.5和Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5合金在经历高达500次重复的试验后没有任何断裂迹象。这显示出Sn/Ag/Cu合金具有Sn/Cu无法比拟的极为优异的耐热疲劳性。但需要注意的是,Sn/Ag4/Cu0.5合金在经过热循环处理后焊点的晶粒(grain)结构的确产生了一些变化。

机械强度-挠性测试

测试板用Sn/Cu0.7、Sn/Ag4/Cu0.5和Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5,以及1206薄膜电阻器制作,对它进行挠性测试。用Sn/Cu0.7制作的焊点在挠性测试中产生断裂,这显示焊点不能承受大范围的机械应力处理。相反由Sn/Ag4/Cu0.5和Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5制作的焊点却满足所有的挠性测试要求。

混合解决方案?

为消除电子行业存在的隐患,已开发出了一种完全无铅装配的混合解决方案。她用粗糙的锡铅成品(QFP208IC)、有机表面保护剂PWB和Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5合金焊膏构成系统,以复杂性或成本都不太高的方式达到了完全无铅装配的目的。取得成功的关键是这种装配方法能够承受峰值温度为234度的回流加热。需要注意的是,这种装配方法要经过惰性环境的处理。当然,限于元件的效用性问题,以及由元件热容、夹具固定等原因引起?=T变化而造成事实上不是所有的装配过程都能达到234度的峰值板温度,因此不是所有装配都能够进行上述处理。但它给我们的重要提示是,在某些情形下,通过引入某些材料,实现无铅焊接可以变得轻而易举。

装配材料范文篇5

J.Reachen

伴随欧洲电子电气设备指导法令(WEEEDirective)宣布到2006年部分含铅电子设备的生产和进口在欧盟将属非法,以及国外同业竞争者在全球不断推广无铅电子装配,相伴而生的对各种合金混合物的完好性和可靠性等问题的考虑越来越受到重视。简言之,到底选用哪种合金,这一问题变得越来越紧要。本文将对Sn/Ag、Sn/Ag/Cu和Sn/Cu等三种合金做深入考察,并对其可靠性试验结果与工艺上的考虑进行比较。

Sn/Ag合金

Sn/Ag3.5-4.0合金在混合电路与电子组装工业的使用时间较长。正因如此,部分业者对使用Sn/Ag作为一种无铅替代合金感觉得心应手。但不巧的是这种合金存在几方面的问题。首先这种合金的熔融温度(221度)和峰值回流温度(2400-260度)对于许多表面安装部件和过程来说显得偏高。此外,这种合金还含有3.5-4%的银,对某些应用构成成本制约。而最主要的问题是这种合金会产生银相变问题从而造成可靠性试验失效。

我们注意到,在进行疲劳试验(结果如表1)时,Sn96/Ag4在其中一种循环设置上产生了失效。对此问题作进一步研究得出的结论是:失效起因于相变。相变的产生是因合金的不同区有着不同的冷却速率而致。

为对此问题进行深入研究,用一根Sn96/Ag4焊条,从底部对其进行回流加热及强制冷却,以便对其暴露在不同冷却速率下的合金的微结构进行观察。Sn96/Ag4合金按冷却速率的不同产生三种不同的相。由此考虑同样的脆性结构会存在于焊接互连中,从而造成焊区失效。正是由于这种原因,大多数OEM及工业财团反对把Sn/Ag作为主流无铅合金来用。银相变问题的存在也对高银Sn/Ag/Cu合金提出了质问。

Sn/Ag/Cu合金

尽管涉及专利保护方面的问题,世界大部分地区还是倾向选用Sn/Ag/Cu合金。但到底选择什么样的合金配方?本文将重点讨论两种Sn/Ag/Cu合金:受各种工业财团推崇的Sn/Ag/Cu0.5合金和相应的用作低银含量合金的Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5。

两种Sn/Ag/Cu合金的比较

在讨论两种合金体系的可靠性试验结果之前,先凭经验对两种合金作一比较是有益的。大体上看两种合金很相似:两者都具有极好的抗疲劳特性、良好的整体焊点连接强度以及充足的基础材料供应。但两者之间确也存在一些细微的差异值得讨论。

熔点

两合金的熔点极为相似:Sn/Ag4/Cu0.5熔点为218度,Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5熔点为217度。业界对这种差异是否构成对实际应用的影响存在争议。但如能对回流过程严格控制,熔点温度变低会因减少元件耐受高温的时间而带来益处。

润湿

两种合金比较,自然地会对选择高银含量合金的做法抱有疑问,因为银含量变高会增加产品成本。有臆测认为高银合金有助于改进润湿。但润湿试验结果显示,低银含量合金实际上比高银合金润湿更强健和更迅速。

专利态势

工业界渴望找到一种广泛可获的合金。因此,专利合金是不大受欢迎的。尽管Sn/Ag4/Cu0.5合金没有申请专利,而Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5已申请了专利,但选择时需要全面了解两种合金的专利约束作用和实际供应源情况才好确定。

上面已谈到,Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5合金已获专利。但它已授权给焊料制造商使用,对授权使用者无数量限制和无转让费用。目前,这一合金可通过北美、日本和欧洲的数家焊料厂商在全球范围内获取。尽管Sn/Ag4/Cu0.5合金没有申请专利,但用这种合金制成的焊点连接是有专利的,而在美国具有这种产品销售授权的电子级焊料厂商的数量极为有限。

尽管用Sn/Ag4/Cu0.5制作的焊点有可能侵犯现有的专利权,但业界还是建议使用这种合金。人们曾假想地认为,通过给这种系统施加预先工艺可以避开专利纠纷。但这种想法是错误的,因为大多数的专利说明都会涉及合金成份和应用范围(焊点)两部分内容。换句话说,如果预先工艺能够得到证实,突破专利的合金成份限制是可能的。但如果专利说明做得很完善,那么还需向声明了电子装配焊接特定用法的应用部分进行挑战。总的来说,这意味着即使制造商正在使用一种专利规定范围(如Sn/Ag4/Cu0.5)以外的合金,但如果在制造过程中,此合金"偶获"基础金属成分(一般为铜)并因而形成一种含有专利规定范围内的成份构成的金属间化合物的话,那么该制造商就会因侵犯了专利权而受到法律的裁决。

金属成本

专利载明的银含量范围为3.5%-7.7%。如此高的银含量使得焊料的大量使用变得成本高昂;装填波峰焊锅时,每1%的银大约使成本增加0.66美元/磅(见表2)。为控制成本,有人建议在波峰焊应用中使用不含银的无铅合金,在表面安装应用中使用含银合金。但正如下面所要讨论的,使用这种方法会因Sn/Cu和双合金工艺存在不足而造成失效。

Sn/Cu的工艺缺陷

遏制成本的想法虽说合情合理,但引用Sn/Cu需要考虑几方面的因素。第一,此合金的熔融温度为227度,使其在许多温度敏感应用上受限。此外,它比其它无铅焊料的湿润性差,在许多应用中需引入氮和强活性助焊剂并可造成与润湿相关的缺陷,这点已得到广泛证明。还有,一般来讲Sn/Cu表面张力作用较低,在实施PTH技术时容易进入套孔(barrel)中,且缺乏表面安装装配过程所要求的耐疲劳强度。最后一点,该合金的耐疲劳特性差,可导致焊区失效,从而抵销了节省成本的初衷。

双合金装配

还应注意的是,除Sn/Cu引起相关问题外,使用双焊料合金(SMT过程使用Sn/Ag/Cu,波峰焊使用Sn/Cu)也存在问题。Sn/Ag/Cu、Sn/Cu混用不宜提倡,因为这会造成合金焊点连接的不均匀性。如果这一情形出现,那么制成的焊点会因不能消除应力和应变而易产生疲劳失效。由于存在这些潜在的混用问题,因此在进行修复或修补时就需要开列两种合金的存货清单,并给出具体的指令进行监控,以使两合金不发生混用。然而,经验显示,不论对这种情形监控得多好,操作员都会趋向使用易用性最好也即流动性最好且熔融温度较低的焊料。因此,尽管焊点最初由Sn/Cu来装配,但大量修补工作可能会用Sn/Ag/Cu合金来完成。如果两种产品都在生产现场使用,那么RA会常用到,不只是好用的问题。双合金装配工艺的要害问题是会导致潜在的可靠性失效且很难对此进行有效地监控。

焊点连接的可靠性试验

为分析Sn/Ag/Cu和Sn/Cu的可靠性,对它们进行各种热和机械疲劳试验。试验描述和试验结果如下:

热循环试验结果

测试板用Sn/Cu0.7、Sn/Ag4/Cu0.5和Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5,以及1206薄膜电阻器制作。之后在-40度到125度的温度范围内,以300、400、500次的15分循环量对该板施以热冲击。然后将焊点分切,检查是否存在裂痕。

试验后检查的结果显示,Sn/Cu合金由于湿润性不好导致某些断裂焊点的产生。此外,成形很好的Sn/Cu焊点在施以第三种500次重复循环设置的试验时,也显示有断裂。

有意思的是Sn/Ag4/Cu0.5和Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5合金在经历高达500次重复的试验后没有任何断裂迹象。这显示出Sn/Ag/Cu合金具有Sn/Cu无法比拟的极为优异的耐热疲劳性。但需要注意的是,Sn/Ag4/Cu0.5合金在经过热循环处理后焊点的晶粒(grain)结构的确产生了一些变化。

机械强度-挠性测试

测试板用Sn/Cu0.7、Sn/Ag4/Cu0.5和Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5,以及1206薄膜电阻器制作,对它进行挠性测试。用Sn/Cu0.7制作的焊点在挠性测试中产生断裂,这显示焊点不能承受大范围的机械应力处理。相反由Sn/Ag4/Cu0.5和Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5制作的焊点却满足所有的挠性测试要求。

混合解决方案?

为消除电子行业存在的隐患,已开发出了一种完全无铅装配的混合解决方案。她用粗糙的锡铅成品(QFP208IC)、有机表面保护剂PWB和Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5合金焊膏构成系统,以复杂性或成本都不太高的方式达到了完全无铅装配的目的。取得成功的关键是这种装配方法能够承受峰值温度为234度的回流加热。需要注意的是,这种装配方法要经过惰性环境的处理。当然,限于元件的效用性问题,以及由元件热容、夹具固定等原因引起?=T变化而造成事实上不是所有的装配过程都能达到234度的峰值板温度,因此不是所有装配都能够进行上述处理。但它给我们的重要提示是,在某些情形下,通过引入某些材料,实现无铅焊接可以变得轻而易举。

装配材料范文篇6

J.Reachen

伴随欧洲电子电气设备指导法令(WEEEDirective)宣布到2006年部分含铅电子设备的生产和进口在欧盟将属非法,以及国外同业竞争者在全球不断推广无铅电子装配,相伴而生的对各种合金混合物的完好性和可靠性等问题的考虑越来越受到重视。简言之,到底选用哪种合金,这一问题变得越来越紧要。本文将对Sn/Ag、Sn/Ag/Cu和Sn/Cu等三种合金做深入考察,并对其可靠性试验结果与工艺上的考虑进行比较。

Sn/Ag合金

Sn/Ag3.5-4.0合金在混合电路与电子组装工业的使用时间较长。正因如此,部分业者对使用Sn/Ag作为一种无铅替代合金感觉得心应手。但不巧的是这种合金存在几方面的问题。首先这种合金的熔融温度(221度)和峰值回流温度(2400-260度)对于许多表面安装部件和过程来说显得偏高。此外,这种合金还含有3.5-4%的银,对某些应用构成成本制约。而最主要的问题是这种合金会产生银相变问题从而造成可靠性试验失效。

我们注意到,在进行疲劳试验(结果如表1)时,Sn96/Ag4在其中一种循环设置上产生了失效。对此问题作进一步研究得出的结论是:失效起因于相变。相变的产生是因合金的不同区有着不同的冷却速率而致。

为对此问题进行深入研究,用一根Sn96/Ag4焊条,从底部对其进行回流加热及强制冷却,以便对其暴露在不同冷却速率下的合金的微结构进行观察。Sn96/Ag4合金按冷却速率的不同产生三种不同的相。由此考虑同样的脆性结构会存在于焊接互连中,从而造成焊区失效。正是由于这种原因,大多数OEM及工业财团反对把Sn/Ag作为主流无铅合金来用。银相变问题的存在也对高银Sn/Ag/Cu合金提出了质问。

Sn/Ag/Cu合金

尽管涉及专利保护方面的问题,世界大部分地区还是倾向选用Sn/Ag/Cu合金。但到底选择什么样的合金配方?本文将重点讨论两种Sn/Ag/Cu合金:受各种工业财团推崇的Sn/Ag/Cu0.5合金和相应的用作低银含量合金的Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5。

两种Sn/Ag/Cu合金的比较

在讨论两种合金体系的可靠性试验结果之前,先凭经验对两种合金作一比较是有益的。大体上看两种合金很相似:两者都具有极好的抗疲劳特性、良好的整体焊点连接强度以及充足的基础材料供应。但两者之间确也存在一些细微的差异值得讨论。

熔点

两合金的熔点极为相似:Sn/Ag4/Cu0.5熔点为218度,Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5熔点为217度。业界对这种差异是否构成对实际应用的影响存在争议。但如能对回流过程严格控制,熔点温度变低会因减少元件耐受高温的时间而带来益处。

润湿

两种合金比较,自然地会对选择高银含量合金的做法抱有疑问,因为银含量变高会增加产品成本。有臆测认为高银合金有助于改进润湿。但润湿试验结果显示,低银含量合金实际上比高银合金润湿更强健和更迅速。

专利态势

工业界渴望找到一种广泛可获的合金。因此,专利合金是不大受欢迎的。尽管Sn/Ag4/Cu0.5合金没有申请专利,而Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5已申请了专利,但选择时需要全面了解两种合金的专利约束作用和实际供应源情况才好确定。

上面已谈到,Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5合金已获专利。但它已授权给焊料制造商使用,对授权使用者无数量限制和无转让费用。目前,这一合金可通过北美、日本和欧洲的数家焊料厂商在全球范围内获取。尽管Sn/Ag4/Cu0.5合金没有申请专利,但用这种合金制成的焊点连接是有专利的,而在美国具有这种产品销售授权的电子级焊料厂商的数量极为有限。

尽管用Sn/Ag4/Cu0.5制作的焊点有可能侵犯现有的专利权,但业界还是建议使用这种合金。人们曾假想地认为,通过给这种系统施加预先工艺可以避开专利纠纷。但这种想法是错误的,因为大多数的专利说明都会涉及合金成份和应用范围(焊点)两部分内容。换句话说,如果预先工艺能够得到证实,突破专利的合金成份限制是可能的。但如果专利说明做得很完善,那么还需向声明了电子装配焊接特定用法的应用部分进行挑战。总的来说,这意味着即使制造商正在使用一种专利规定范围(如Sn/Ag4/Cu0.5)以外的合金,但如果在制造过程中,此合金"偶获"基础金属成分(一般为铜)并因而形成一种含有专利规定范围内的成份构成的金属间化合物的话,那么该制造商就会因侵犯了专利权而受到法律的裁决。

金属成本

专利载明的银含量范围为3.5%-7.7%。如此高的银含量使得焊料的大量使用变得成本高昂;装填波峰焊锅时,每1%的银大约使成本增加0.66美元/磅(见表2)。为控制成本,有人建议在波峰焊应用中使用不含银的无铅合金,在表面安装应用中使用含银合金。但正如下面所要讨论的,使用这种方法会因Sn/Cu和双合金工艺存在不足而造成失效。

Sn/Cu的工艺缺陷

遏制成本的想法虽说合情合理,但引用Sn/Cu需要考虑几方面的因素。第一,此合金的熔融温度为227度,使其在许多温度敏感应用上受限。此外,它比其它无铅焊料的湿润性差,在许多应用中需引入氮和强活性助焊剂并可造成与润湿相关的缺陷,这点已得到广泛证明。还有,一般来讲Sn/Cu表面张力作用较低,在实施PTH技术时容易进入套孔(barrel)中,且缺乏表面安装装配过程所要求的耐疲劳强度。最后一点,该合金的耐疲劳特性差,可导致焊区失效,从而抵销了节省成本的初衷。

双合金装配

还应注意的是,除Sn/Cu引起相关问题外,使用双焊料合金(SMT过程使用Sn/Ag/Cu,波峰焊使用Sn/Cu)也存在问题。Sn/Ag/Cu、Sn/Cu混用不宜提倡,因为这会造成合金焊点连接的不均匀性。如果这一情形出现,那么制成的焊点会因不能消除应力和应变而易产生疲劳失效。由于存在这些潜在的混用问题,因此在进行修复或修补时就需要开列两种合金的存货清单,并给出具体的指令进行监控,以使两合金不发生混用。然而,经验显示,不论对这种情形监控得多好,操作员都会趋向使用易用性最好也即流动性最好且熔融温度较低的焊料。因此,尽管焊点最初由Sn/Cu来装配,但大量修补工作可能会用Sn/Ag/Cu合金来完成。如果两种产品都在生产现场使用,那么RA会常用到,不只是好用的问题。双合金装配工艺的要害问题是会导致潜在的可靠性失效且很难对此进行有效地监控。

焊点连接的可靠性试验

为分析Sn/Ag/Cu和Sn/Cu的可靠性,对它们进行各种热和机械疲劳试验。试验描述和试验结果如下:

热循环试验结果

测试板用Sn/Cu0.7、Sn/Ag4/Cu0.5和Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5,以及1206薄膜电阻器制作。之后在-40度到125度的温度范围内,以300、400、500次的15分循环量对该板施以热冲击。然后将焊点分切,检查是否存在裂痕。

试验后检查的结果显示,Sn/Cu合金由于湿润性不好导致某些断裂焊点的产生。此外,成形很好的Sn/Cu焊点在施以第三种500次重复循环设置的试验时,也显示有断裂。

有意思的是Sn/Ag4/Cu0.5和Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5合金在经历高达500次重复的试验后没有任何断裂迹象。这显示出Sn/Ag/Cu合金具有Sn/Cu无法比拟的极为优异的耐热疲劳性。但需要注意的是,Sn/Ag4/Cu0.5合金在经过热循环处理后焊点的晶粒(grain)结构的确产生了一些变化。

机械强度-挠性测试

测试板用Sn/Cu0.7、Sn/Ag4/Cu0.5和Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5,以及1206薄膜电阻器制作,对它进行挠性测试。用Sn/Cu0.7制作的焊点在挠性测试中产生断裂,这显示焊点不能承受大范围的机械应力处理。相反由Sn/Ag4/Cu0.5和Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5制作的焊点却满足所有的挠性测试要求。

混合解决方案?

为消除电子行业存在的隐患,已开发出了一种完全无铅装配的混合解决方案。她用粗糙的锡铅成品(QFP208IC)、有机表面保护剂PWB和Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5合金焊膏构成系统,以复杂性或成本都不太高的方式达到了完全无铅装配的目的。取得成功的关键是这种装配方法能够承受峰值温度为234度的回流加热。需要注意的是,这种装配方法要经过惰性环境的处理。当然,限于元件的效用性问题,以及由元件热容、夹具固定等原因引起€%=T变化而造成事实上不是所有的装配过程都能达到234度的峰值板温度,因此不是所有装配都能够进行上述处理。但它给我们的重要提示是,在某些情形下,通过引入某些材料,实现无铅焊接可以变得轻而易举

装配材料范文篇7

J.Reachen

伴随欧洲电子电气设备指导法令(WEEEDirective)宣布到2006年部分含铅电子设备的生产和进口在欧盟将属非法,以及国外同业竞争者在全球不断推广无铅电子装配,相伴而生的对各种合金混合物的完好性和可靠性等问题的考虑越来越受到重视。简言之,到底选用哪种合金,这一问题变得越来越紧要。本文将对Sn/Ag、Sn/Ag/Cu和Sn/Cu等三种合金做深入考察,并对其可靠性试验结果与工艺上的考虑进行比较。

Sn/Ag合金

Sn/Ag3.5-4.0合金在混合电路与电子组装工业的使用时间较长。正因如此,部分业者对使用Sn/Ag作为一种无铅替代合金感觉得心应手。但不巧的是这种合金存在几方面的问题。首先这种合金的熔融温度(221度)和峰值回流温度(2400-260度)对于许多表面安装部件和过程来说显得偏高。此外,这种合金还含有3.5-4%的银,对某些应用构成成本制约。而最主要的问题是这种合金会产生银相变问题从而造成可靠性试验失效。

我们注意到,在进行疲劳试验(结果如表1)时,Sn96/Ag4在其中一种循环设置上产生了失效。对此问题作进一步研究得出的结论是:失效起因于相变。相变的产生是因合金的不同区有着不同的冷却速率而致。

为对此问题进行深入研究,用一根Sn96/Ag4焊条,从底部对其进行回流加热及强制冷却,以便对其暴露在不同冷却速率下的合金的微结构进行观察。Sn96/Ag4合金按冷却速率的不同产生三种不同的相。由此考虑同样的脆性结构会存在于焊接互连中,从而造成焊区失效。正是由于这种原因,大多数OEM及工业财团反对把Sn/Ag作为主流无铅合金来用。银相变问题的存在也对高银Sn/Ag/Cu合金提出了质问。

Sn/Ag/Cu合金

尽管涉及专利保护方面的问题,世界大部分地区还是倾向选用Sn/Ag/Cu合金。但到底选择什么样的合金配方?本文将重点讨论两种Sn/Ag/Cu合金:受各种工业财团推崇的Sn/Ag/Cu0.5合金和相应的用作低银含量合金的Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5。

两种Sn/Ag/Cu合金的比较

在讨论两种合金体系的可靠性试验结果之前,先凭经验对两种合金作一比较是有益的。大体上看两种合金很相似:两者都具有极好的抗疲劳特性、良好的整体焊点连接强度以及充足的基础材料供应。但两者之间确也存在一些细微的差异值得讨论。

熔点

两合金的熔点极为相似:Sn/Ag4/Cu0.5熔点为218度,Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5熔点为217度。业界对这种差异是否构成对实际应用的影响存在争议。但如能对回流过程严格控制,熔点温度变低会因减少元件耐受高温的时间而带来益处。

润湿

两种合金比较,自然地会对选择高银含量合金的做法抱有疑问,因为银含量变高会增加产品成本。有臆测认为高银合金有助于改进润湿。但润湿试验结果显示,低银含量合金实际上比高银合金润湿更强健和更迅速。

专利态势

工业界渴望找到一种广泛可获的合金。因此,专利合金是不大受欢迎的。尽管Sn/Ag4/Cu0.5合金没有申请专利,而Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5已申请了专利,但选择时需要全面了解两种合金的专利约束作用和实际供应源情况才好确定。

上面已谈到,Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5合金已获专利。但它已授权给焊料制造商使用,对授权使用者无数量限制和无转让费用。目前,这一合金可通过北美、日本和欧洲的数家焊料厂商在全球范围内获取。尽管Sn/Ag4/Cu0.5合金没有申请专利,但用这种合金制成的焊点连接是有专利的,而在美国具有这种产品销售授权的电子级焊料厂商的数量极为有限。

尽管用Sn/Ag4/Cu0.5制作的焊点有可能侵犯现有的专利权,但业界还是建议使用这种合金。人们曾假想地认为,通过给这种系统施加预先工艺可以避开专利纠纷。但这种想法是错误的,因为大多数的专利说明都会涉及合金成份和应用范围(焊点)两部分内容。换句话说,如果预先工艺能够得到证实,突破专利的合金成份限制是可能的。但如果专利说明做得很完善,那么还需向声明了电子装配焊接特定用法的应用部分进行挑战。总的来说,这意味着即使制造商正在使用一种专利规定范围(如Sn/Ag4/Cu0.5)以外的合金,但如果在制造过程中,此合金"偶获"基础金属成分(一般为铜)并因而形成一种含有专利规定范围内的成份构成的金属间化合物的话,那么该制造商就会因侵犯了专利权而受到法律的裁决。

金属成本

专利载明的银含量范围为3.5%-7.7%。如此高的银含量使得焊料的大量使用变得成本高昂;装填波峰焊锅时,每1%的银大约使成本增加0.66美元/磅(见表2)。为控制成本,有人建议在波峰焊应用中使用不含银的无铅合金,在表面安装应用中使用含银合金。但正如下面所要讨论的,使用这种方法会因Sn/Cu和双合金工艺存在不足而造成失效。

Sn/Cu的工艺缺陷

遏制成本的想法虽说合情合理,但引用Sn/Cu需要考虑几方面的因素。第一,此合金的熔融温度为227度,使其在许多温度敏感应用上受限。此外,它比其它无铅焊料的湿润性差,在许多应用中需引入氮和强活性助焊剂并可造成与润湿相关的缺陷,这点已得到广泛证明。还有,一般来讲Sn/Cu表面张力作用较低,在实施PTH技术时容易进入套孔(barrel)中,且缺乏表面安装装配过程所要求的耐疲劳强度。最后一点,该合金的耐疲劳特性差,可导致焊区失效,从而抵销了节省成本的初衷。

双合金装配

还应注意的是,除Sn/Cu引起相关问题外,使用双焊料合金(SMT过程使用Sn/Ag/Cu,波峰焊使用Sn/Cu)也存在问题。Sn/Ag/Cu、Sn/Cu混用不宜提倡,因为这会造成合金焊点连接的不均匀性。如果这一情形出现,那么制成的焊点会因不能消除应力和应变而易产生疲劳失效。由于存在这些潜在的混用问题,因此在进行修复或修补时就需要开列两种合金的存货清单,并给出具体的指令进行监控,以使两合金不发生混用。然而,经验显示,不论对这种情形监控得多好,操作员都会趋向使用易用性最好也即流动性最好且熔融温度较低的焊料。因此,尽管焊点最初由Sn/Cu来装配,但大量修补工作可能会用Sn/Ag/Cu合金来完成。如果两种产品都在生产现场使用,那么RA会常用到,不只是好用的问题。双合金装配工艺的要害问题是会导致潜在的可靠性失效且很难对此进行有效地监控。

焊点连接的可靠性试验

为分析Sn/Ag/Cu和Sn/Cu的可靠性,对它们进行各种热和机械疲劳试验。试验描述和试验结果如下:

热循环试验结果

测试板用Sn/Cu0.7、Sn/Ag4/Cu0.5和Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5,以及1206薄膜电阻器制作。之后在-40度到125度的温度范围内,以300、400、500次的15分循环量对该板施以热冲击。然后将焊点分切,检查是否存在裂痕。

试验后检查的结果显示,Sn/Cu合金由于湿润性不好导致某些断裂焊点的产生。此外,成形很好的Sn/Cu焊点在施以第三种500次重复循环设置的试验时,也显示有断裂。

有意思的是Sn/Ag4/Cu0.5和Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5合金在经历高达500次重复的试验后没有任何断裂迹象。这显示出Sn/Ag/Cu合金具有Sn/Cu无法比拟的极为优异的耐热疲劳性。但需要注意的是,Sn/Ag4/Cu0.5合金在经过热循环处理后焊点的晶粒(grain)结构的确产生了一些变化。

机械强度-挠性测试

测试板用Sn/Cu0.7、Sn/Ag4/Cu0.5和Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5,以及1206薄膜电阻器制作,对它进行挠性测试。用Sn/Cu0.7制作的焊点在挠性测试中产生断裂,这显示焊点不能承受大范围的机械应力处理。相反由Sn/Ag4/Cu0.5和Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5制作的焊点却满足所有的挠性测试要求。

混合解决方案?

为消除电子行业存在的隐患,已开发出了一种完全无铅装配的混合解决方案。她用粗糙的锡铅成品(QFP208IC)、有机表面保护剂PWB和Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5合金焊膏构成系统,以复杂性或成本都不太高的方式达到了完全无铅装配的目的。取得成功的关键是这种装配方法能够承受峰值温度为234度的回流加热。需要注意的是,这种装配方法要经过惰性环境的处理。当然,限于元件的效用性问题,以及由元件热容、夹具固定等原因引起€%=T变化而造成事实上不是所有的装配过程都能达到234度的峰值板温度,因此不是所有装配都能够进行上述处理。但它给我们的重要提示是,在某些情形下,通过引入某些材料,实现无铅焊接可以变得轻而易举。

装配材料范文篇8

Sn/Ag合金

Sn/Ag3.5-4.0合金在混合电路和电子组装工业的使用时间较长。正因如此,部分业者对使用Sn/Ag作为一种无铅替代合金感觉得心应手。但不巧的是这种合金存在几方面的新问题。首先这种合金的熔融温度(221度)和峰值回流温度(2400-260度)对于许多表面安装部件和过程来说显得偏高。此外,这种合金还含有3.5-4%的银,对某些应用构成成本制约。而最主要的新问题是这种合金会产生银相变新问题从而造成可靠性试验失效。

我们注重到,在进行疲惫试验(结果如表1)时,Sn96/Ag4在其中一种循环设置上产生了失效。对此新问题作进一步探究得出的结论是:失效起因于相变。相变的产生是因合金的不同区有着不同的冷却速率而致。

为对此新问题进行深入探究,用一根Sn96/Ag4焊条,从底部对其进行回流加热及强制冷却,以便对其暴露在不同冷却速率下的合金的微结构进行观察。Sn96/Ag4合金按冷却速率的不同产生三种不同的相。由此考虑同样的脆性结构会存在于焊接互连中,从而造成焊区失效。正是由于这种原因,大多数OEM及工业财团反对把Sn/Ag作为主流无铅合金来用。银相变新问题的存在也对高银Sn/Ag/Cu合金提出了质问。

Sn/Ag/Cu合金

尽管涉及专利保护方面的新问题,世界大部分地区还是倾向选用Sn/Ag/Cu合金。但到底选择什么样的合金配方?本文将重点讨论两种Sn/Ag/Cu合金:受各种工业财团推崇的Sn/Ag/Cu0.5合金和相应的用作低银含量合金的Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5。

两种Sn/Ag/Cu合金的比较

在讨论两种合金体系的可靠性试验结果之前,先凭经验对两种合金作一比较是有益的。大体上看两种合金很相似:两者都具有极好的抗疲惫特性、良好的整体焊点连接强度以及充足的基础材料供给。但两者之间确也存在一些细微的差异值得讨论。

熔点

两合金的熔点极为相似:Sn/Ag4/Cu0.5熔点为218度,Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5熔点为217度。业界对这种差异是否构成对实际应用的影响存在争议。但如能对回流过程严格控制,熔点温度变低会因减少元件耐受高温的时间而带来益处。

润湿

两种合金比较,自然地会对选择高银含量合金的做法抱有疑问,因为银含量变高会增加产品成本。有臆测认为高银合金有助于改进润湿。但润湿试验结果显示,低银含量合金实际上比高银合金润湿更强健和更迅速。

专利态势

工业界渴望找到一种广泛可获的合金。因此,专利合金是不大受欢迎的。尽管Sn/Ag4/Cu0.5合金没有申请专利,而Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5已申请了专利,但选择时需要全面了解两种合金的专利约束功能和实际供给源情况才好确定。

上面已谈到,Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5合金已获专利。但它已授权给焊料制造商使用,对授权使用者无数量限制和无转让费用。目前,这一合金可通过北美、日本和欧洲的数家焊料厂商在全球范围内获取。尽管Sn/Ag4/Cu0.5合金没有申请专利,但用这种合金制成的焊点连接是有专利的,而在美国具有这种产品销售授权的电子级焊料厂商的数量极为有限。

尽管用Sn/Ag4/Cu0.5制作的焊点有可能侵犯现有的专利权,但业界还是建议使用这种合金。人们曾假想地认为,通过给这种系统施加预先工艺可以避开专利纠纷。但这种想法是错误的,因为大多数的专利说明都会涉及合金成份和应用范围(焊点)两部分内容。换句话说,假如预先工艺能够得到证实,突破专利的合金成份限制是可能的。但假如专利说明做得很完善,那么还需向声明了电子装配焊接特定用法的应用部分进行挑战。总的来说,这意味着即使制造商正在使用一种专利规定范围(如Sn/Ag4/Cu0.5)以外的合金,但假如在制造过程中,此合金"偶获"基础金属成分(一般为铜)并因而形成一种含有专利规定范围内的成份构成的金属间化合物的话,那么该制造商就会因侵犯了专利权而受到法律的裁决。

金属成本

专利载明的银含量范围为3.5%-7.7%。如此高的银含量使得焊料的大量使用变得成本高昂;装填波峰焊锅时,每1%的银大约使成本增加0.66美元/磅(见表2)。为控制成本,有人建议在波峰焊应用中使用不含银的无铅合金,在表面安装应用中使用含银合金。但正如下面所要讨论的,使用这种方法会因Sn/Cu和双合金工艺存在不足而造成失效。

Sn/Cu的工艺缺陷

遏制成本的想法虽说合情合理,但引用Sn/Cu需要考虑几方面的因素。第一,此合金的熔融温度为227度,使其在许多温度敏感应用上受限。此外,它比其它无铅焊料的湿润性差,在许多应用中需引入氮和强活性助焊剂并可造成和润湿相关的缺陷,这点已得到广泛证实。还有,一般来讲Sn/Cu表面张力功能较低,在实施PTH技术时轻易进入套孔(barrel)中,且缺乏表面安装装配过程所要求的耐疲惫强度。最后一点,该合金的耐疲惫特性差,可导致焊区失效,从而抵销了节省成本的初衷。

双合金装配

还应注重的是,除Sn/Cu引起相关新问题外,使用双焊料合金(SMT过程使用Sn/Ag/Cu,波峰焊使用Sn/Cu)也存在新问题。Sn/Ag/Cu、Sn/Cu混用不宜提倡,因为这会造成合金焊点连接的不均匀性。假如这一情形出现,那么制成的焊点会因不能消除应力和应变而易产生疲惫失效。由于存在这些潜在的混用新问题,因此在进行修复或修补时就需要开列两种合金的存货清单,并给出具体的指令进行监控,以使两合金不发生混用。然而,经验显示,不论对这种情形监控得多好,操作员都会趋向使用易用性最好也即流动性最好且熔融温度较低的焊料。因此,尽管焊点最初由Sn/Cu来装配,但大量修补工作可能会用Sn/Ag/Cu合金来完成。假如两种产品都在生产现场使用,那么RA会常用到,不只是好用的新问题。双合金装配工艺的要害新问题是会导致潜在的可靠性失效且很难对此进行有效地监控。

焊点连接的可靠性试验

为分析Sn/Ag/Cu和Sn/Cu的可靠性,对它们进行各种热和机械疲惫试验。试验描述和试验结果如下:

热循环试验结果

测试板用Sn/Cu0.7、Sn/Ag4/Cu0.5和Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5,以及1206薄膜电阻器制作。之后在-40度到125度的温度范围内,以300、400、500次的15分循环量对该板施以热冲击。然后将焊点分切,检查是否存在裂痕。

试验后检查的结果显示,Sn/Cu合金由于湿润性不好导致某些断裂焊点的产生。此外,成形很好的Sn/Cu焊点在施以第三种500次重复循环设置的试验时,也显示有断裂。

有意思的是Sn/Ag4/Cu0.5和Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5合金在经历高达500次重复的试验后没有任何断裂迹象。这显示出Sn/Ag/Cu合金具有Sn/Cu无法比拟的极为优异的耐热疲惫性。但需要注重的是,Sn/Ag4/Cu0.5合金在经过热循环处理后焊点的晶粒(grain)结构的确产生了一些变化。

机械强度-挠性测试

测试板用Sn/Cu0.7、Sn/Ag4/Cu0.5和Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5,以及1206薄膜电阻器制作,对它进行挠性测试。用Sn/Cu0.7制作的焊点在挠性测试中产生断裂,这显示焊点不能承受大范围的机械应力处理。相反由Sn/Ag4/Cu0.5和Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5制作的焊点却满足所有的挠性测试要求。

混合解决方案?

为消除电子行业存在的隐患,已开发出了一种完全无铅装配的混合解决方案。她用粗糙的锡铅成品(QFP208IC)、有机表面保护剂PWB和Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5合金焊膏构成系统,以复杂性或成本都不太高的方式达到了完全无铅装配的目的。取得成功的关键是这种装配方法能够承受峰值温度为234度的回流加热。需要注重的是,这种装配方法要经过惰性环境的处理。当然,限于元件的效用性新问题,以及由元件热容、夹具固定等原因引起€%=T变化而造成事实上不是所有的装配过程都能达到234度的峰值板温度,因此不是所有装配都能够进行上述处理。但它给我们的重要提示是,在某些情形下,通过引入某些材料,实现无铅焊接可以变得轻而易举。

装配材料范文篇9

J.Reachen

伴随欧洲电子电气设备指导法令(WEEEDirective)宣布到2006年部分含铅电子设备的生产和进口在欧盟将属非法,以及国外同业竞争者在全球不断推广无铅电子装配,相伴而生的对各种合金混合物的完好性和可靠性等问题的考虑越来越受到重视。简言之,到底选用哪种合金,这一问题变得越来越紧要。本文将对Sn/Ag、Sn/Ag/Cu和Sn/Cu等三种合金做深入考察,并对其可靠性试验结果与工艺上的考虑进行比较。

Sn/Ag合金

Sn/Ag3.5-4.0合金在混合电路与电子组装工业的使用时间较长。正因如此,部分业者对使用Sn/Ag作为一种无铅替代合金感觉得心应手。但不巧的是这种合金存在几方面的问题。首先这种合金的熔融温度(221度)和峰值回流温度(2400-260度)对于许多表面安装部件和过程来说显得偏高。此外,这种合金还含有3.5-4%的银,对某些应用构成成本制约。而最主要的问题是这种合金会产生银相变问题从而造成可靠性试验失效。

我们注意到,在进行疲劳试验(结果如表1)时,Sn96/Ag4在其中一种循环设置上产生了失效。对此问题作进一步研究得出的结论是:失效起因于相变。相变的产生是因合金的不同区有着不同的冷却速率而致。

为对此问题进行深入研究,用一根Sn96/Ag4焊条,从底部对其进行回流加热及强制冷却,以便对其暴露在不同冷却速率下的合金的微结构进行观察。Sn96/Ag4合金按冷却速率的不同产生三种不同的相。由此考虑同样的脆性结构会存在于焊接互连中,从而造成焊区失效。正是由于这种原因,大多数OEM及工业财团反对把Sn/Ag作为主流无铅合金来用。银相变问题的存在也对高银Sn/Ag/Cu合金提出了质问。

Sn/Ag/Cu合金

尽管涉及专利保护方面的问题,世界大部分地区还是倾向选用Sn/Ag/Cu合金。但到底选择什么样的合金配方?本文将重点讨论两种Sn/Ag/Cu合金:受各种工业财团推崇的Sn/Ag/Cu0.5合金和相应的用作低银含量合金的Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5。

两种Sn/Ag/Cu合金的比较

在讨论两种合金体系的可靠性试验结果之前,先凭经验对两种合金作一比较是有益的。大体上看两种合金很相似:两者都具有极好的抗疲劳特性、良好的整体焊点连接强度以及充足的基础材料供应。但两者之间确也存在一些细微的差异值得讨论。

熔点

两合金的熔点极为相似:Sn/Ag4/Cu0.5熔点为218度,Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5熔点为217度。业界对这种差异是否构成对实际应用的影响存在争议。但如能对回流过程严格控制,熔点温度变低会因减少元件耐受高温的时间而带来益处。

润湿

两种合金比较,自然地会对选择高银含量合金的做法抱有疑问,因为银含量变高会增加产品成本。有臆测认为高银合金有助于改进润湿。但润湿试验结果显示,低银含量合金实际上比高银合金润湿更强健和更迅速。

专利态势

工业界渴望找到一种广泛可获的合金。因此,专利合金是不大受欢迎的。尽管Sn/Ag4/Cu0.5合金没有申请专利,而Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5已申请了专利,但选择时需要全面了解两种合金的专利约束作用和实际供应源情况才好确定。

上面已谈到,Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5合金已获专利。但它已授权给焊料制造商使用,对授权使用者无数量限制和无转让费用。目前,这一合金可通过北美、日本和欧洲的数家焊料厂商在全球范围内获取。尽管Sn/Ag4/Cu0.5合金没有申请专利,但用这种合金制成的焊点连接是有专利的,而在美国具有这种产品销售授权的电子级焊料厂商的数量极为有限。

尽管用Sn/Ag4/Cu0.5制作的焊点有可能侵犯现有的专利权,但业界还是建议使用这种合金。人们曾假想地认为,通过给这种系统施加预先工艺可以避开专利纠纷。但这种想法是错误的,因为大多数的专利说明都会涉及合金成份和应用范围(焊点)两部分内容。换句话说,如果预先工艺能够得到证实,突破专利的合金成份限制是可能的。但如果专利说明做得很完善,那么还需向声明了电子装配焊接特定用法的应用部分进行挑战。总的来说,这意味着即使制造商正在使用一种专利规定范围(如Sn/Ag4/Cu0.5)以外的合金,但如果在制造过程中,此合金"偶获"基础金属成分(一般为铜)并因而形成一种含有专利规定范围内的成份构成的金属间化合物的话,那么该制造商就会因侵犯了专利权而受到法律的裁决。

金属成本

专利载明的银含量范围为3.5%-7.7%。如此高的银含量使得焊料的大量使用变得成本高昂;装填波峰焊锅时,每1%的银大约使成本增加0.66美元/磅(见表2)。为控制成本,有人建议在波峰焊应用中使用不含银的无铅合金,在表面安装应用中使用含银合金。但正如下面所要讨论的,使用这种方法会因Sn/Cu和双合金工艺存在不足而造成失效。

Sn/Cu的工艺缺陷

遏制成本的想法虽说合情合理,但引用Sn/Cu需要考虑几方面的因素。第一,此合金的熔融温度为227度,使其在许多温度敏感应用上受限。此外,它比其它无铅焊料的湿润性差,在许多应用中需引入氮和强活性助焊剂并可造成与润湿相关的缺陷,这点已得到广泛证明。还有,一般来讲Sn/Cu表面张力作用较低,在实施PTH技术时容易进入套孔(barrel)中,且缺乏表面安装装配过程所要求的耐疲劳强度。最后一点,该合金的耐疲劳特性差,可导致焊区失效,从而抵销了节省成本的初衷。

双合金装配

还应注意的是,除Sn/Cu引起相关问题外,使用双焊料合金(SMT过程使用Sn/Ag/Cu,波峰焊使用Sn/Cu)也存在问题。Sn/Ag/Cu、Sn/Cu混用不宜提倡,因为这会造成合金焊点连接的不均匀性。如果这一情形出现,那么制成的焊点会因不能消除应力和应变而易产生疲劳失效。由于存在这些潜在的混用问题,因此在进行修复或修补时就需要开列两种合金的存货清单,并给出具体的指令进行监控,以使两合金不发生混用。然而,经验显示,不论对这种情形监控得多好,操作员都会趋向使用易用性最好也即流动性最好且熔融温度较低的焊料。因此,尽管焊点最初由Sn/Cu来装配,但大量修补工作可能会用Sn/Ag/Cu合金来完成。如果两种产品都在生产现场使用,那么RA会常用到,不只是好用的问题。双合金装配工艺的要害问题是会导致潜在的可靠性失效且很难对此进行有效地监控。

焊点连接的可靠性试验

为分析Sn/Ag/Cu和Sn/Cu的可靠性,对它们进行各种热和机械疲劳试验。试验描述和试验结果如下:

热循环试验结果

测试板用Sn/Cu0.7、Sn/Ag4/Cu0.5和Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5,以及1206薄膜电阻器制作。之后在-40度到125度的温度范围内,以300、400、500次的15分循环量对该板施以热冲击。然后将焊点分切,检查是否存在裂痕。

试验后检查的结果显示,Sn/Cu合金由于湿润性不好导致某些断裂焊点的产生。此外,成形很好的Sn/Cu焊点在施以第三种500次重复循环设置的试验时,也显示有断裂。

有意思的是Sn/Ag4/Cu0.5和Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5合金在经历高达500次重复的试验后没有任何断裂迹象。这显示出Sn/Ag/Cu合金具有Sn/Cu无法比拟的极为优异的耐热疲劳性。但需要注意的是,Sn/Ag4/Cu0.5合金在经过热循环处理后焊点的晶粒(grain)结构的确产生了一些变化。

机械强度-挠性测试

测试板用Sn/Cu0.7、Sn/Ag4/Cu0.5和Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5,以及1206薄膜电阻器制作,对它进行挠性测试。用Sn/Cu0.7制作的焊点在挠性测试中产生断裂,这显示焊点不能承受大范围的机械应力处理。相反由Sn/Ag4/Cu0.5和Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5制作的焊点却满足所有的挠性测试要求。

混合解决方案?

为消除电子行业存在的隐患,已开发出了一种完全无铅装配的混合解决方案。她用粗糙的锡铅成品(QFP208IC)、有机表面保护剂PWB和Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5合金焊膏构成系统,以复杂性或成本都不太高的方式达到了完全无铅装配的目的。取得成功的关键是这种装配方法能够承受峰值温度为234度的回流加热。需要注意的是,这种装配方法要经过惰性环境的处理。当然,限于元件的效用性问题,以及由元件热容、夹具固定等原因引起?=T变化而造成事实上不是所有的装配过程都能达到234度的峰值板温度,因此不是所有装配都能够进行上述处理。但它给我们的重要提示是,在某些情形下,通过引入某些材料,实现无铅焊接可以变得轻而易举。

装配材料范文篇10

J.Reachen

伴随欧洲电子电气设备指导法令(WEEEDirective)宣布到2006年部分含铅电子设备的生产和进口在欧盟将属非法,以及国外同业竞争者在全球不断推广无铅电子装配,相伴而生的对各种合金混合物的完好性和可靠性等问题的考虑越来越受到重视。简言之,到底选用哪种合金,这一问题变得越来越紧要。本文将对Sn/Ag、Sn/Ag/Cu和Sn/Cu等三种合金做深入考察,并对其可靠性试验结果与工艺上的考虑进行比较。

Sn/Ag合金

Sn/Ag3.5-4.0合金在混合电路与电子组装工业的使用时间较长。正因如此,部分业者对使用Sn/Ag作为一种无铅替代合金感觉得心应手。但不巧的是这种合金存在几方面的问题。首先这种合金的熔融温度(221度)和峰值回流温度(2400-260度)对于许多表面安装部件和过程来说显得偏高。此外,这种合金还含有3.5-4%的银,对某些应用构成成本制约。而最主要的问题是这种合金会产生银相变问题从而造成可靠性试验失效。

我们注意到,在进行疲劳试验(结果如表1)时,Sn96/Ag4在其中一种循环设置上产生了失效。对此问题作进一步研究得出的结论是:失效起因于相变。相变的产生是因合金的不同区有着不同的冷却速率而致。

为对此问题进行深入研究,用一根Sn96/Ag4焊条,从底部对其进行回流加热及强制冷却,以便对其暴露在不同冷却速率下的合金的微结构进行观察。Sn96/Ag4合金按冷却速率的不同产生三种不同的相。由此考虑同样的脆性结构会存在于焊接互连中,从而造成焊区失效。正是由于这种原因,大多数OEM及工业财团反对把Sn/Ag作为主流无铅合金来用。银相变问题的存在也对高银Sn/Ag/Cu合金提出了质问。

Sn/Ag/Cu合金

尽管涉及专利保护方面的问题,世界大部分地区还是倾向选用Sn/Ag/Cu合金。但到底选择什么样的合金配方?本文将重点讨论两种Sn/Ag/Cu合金:受各种工业财团推崇的Sn/Ag/Cu0.5合金和相应的用作低银含量合金的Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5。

两种Sn/Ag/Cu合金的比较

在讨论两种合金体系的可靠性试验结果之前,先凭经验对两种合金作一比较是有益的。大体上看两种合金很相似:两者都具有极好的抗疲劳特性、良好的整体焊点连接强度以及充足的基础材料供应。但两者之间确也存在一些细微的差异值得讨论。

熔点

两合金的熔点极为相似:Sn/Ag4/Cu0.5熔点为218度,Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5熔点为217度。业界对这种差异是否构成对实际应用的影响存在争议。但如能对回流过程严格控制,熔点温度变低会因减少元件耐受高温的时间而带来益处。

润湿

两种合金比较,自然地会对选择高银含量合金的做法抱有疑问,因为银含量变高会增加产品成本。有臆测认为高银合金有助于改进润湿。但润湿试验结果显示,低银含量合金实际上比高银合金润湿更强健和更迅速。

专利态势

工业界渴望找到一种广泛可获的合金。因此,专利合金是不大受欢迎的。尽管Sn/Ag4/Cu0.5合金没有申请专利,而Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5已申请了专利,但选择时需要全面了解两种合金的专利约束作用和实际供应源情况才好确定。

上面已谈到,Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5合金已获专利。但它已授权给焊料制造商使用,对授权使用者无数量限制和无转让费用。目前,这一合金可通过北美、日本和欧洲的数家焊料厂商在全球范围内获取。尽管Sn/Ag4/Cu0.5合金没有申请专利,但用这种合金制成的焊点连接是有专利的,而在美国具有这种产品销售授权的电子级焊料厂商的数量极为有限。

尽管用Sn/Ag4/Cu0.5制作的焊点有可能侵犯现有的专利权,但业界还是建议使用这种合金。人们曾假想地认为,通过给这种系统施加预先工艺可以避开专利纠纷。但这种想法是错误的,因为大多数的专利说明都会涉及合金成份和应用范围(焊点)两部分内容。换句话说,如果预先工艺能够得到证实,突破专利的合金成份限制是可能的。但如果专利说明做得很完善,那么还需向声明了电子装配焊接特定用法的应用部分进行挑战。总的来说,这意味着即使制造商正在使用一种专利规定范围(如Sn/Ag4/Cu0.5)以外的合金,但如果在制造过程中,此合金"偶获"基础金属成分(一般为铜)并因而形成一种含有专利规定范围内的成份构成的金属间化合物的话,那么该制造商就会因侵犯了专利权而受到法律的裁决。金属成本

专利载明的银含量范围为3.5%-7.7%。如此高的银含量使得焊料的大量使用变得成本高昂;装填波峰焊锅时,每1%的银大约使成本增加0.66美元/磅(见表2)。为控制成本,有人建议在波峰焊应用中使用不含银的无铅合金,在表面安装应用中使用含银合金。但正如下面所要讨论的,使用这种方法会因Sn/Cu和双合金工艺存在不足而造成失效。

Sn/Cu的工艺缺陷

遏制成本的想法虽说合情合理,但引用Sn/Cu需要考虑几方面的因素。第一,此合金的熔融温度为227度,使其在许多温度敏感应用上受限。此外,它比其它无铅焊料的湿润性差,在许多应用中需引入氮和强活性助焊剂并可造成与润湿相关的缺陷,这点已得到广泛证明。还有,一般来讲Sn/Cu表面张力作用较低,在实施PTH技术时容易进入套孔(barrel)中,且缺乏表面安装装配过程所要求的耐疲劳强度。最后一点,该合金的耐疲劳特性差,可导致焊区失效,从而抵销了节省成本的初衷。

双合金装配

还应注意的是,除Sn/Cu引起相关问题外,使用双焊料合金(SMT过程使用Sn/Ag/Cu,波峰焊使用Sn/Cu)也存在问题。Sn/Ag/Cu、Sn/Cu混用不宜提倡,因为这会造成合金焊点连接的不均匀性。如果这一情形出现,那么制成的焊点会因不能消除应力和应变而易产生疲劳失效。由于存在这些潜在的混用问题,因此在进行修复或修补时就需要开列两种合金的存货清单,并给出具体的指令进行监控,以使两合金不发生混用。然而,经验显示,不论对这种情形监控得多好,操作员都会趋向使用易用性最好也即流动性最好且熔融温度较低的焊料。因此,尽管焊点最初由Sn/Cu来装配,但大量修补工作可能会用Sn/Ag/Cu合金来完成。如果两种产品都在生产现场使用,那么RA会常用到,不只是好用的问题。双合金装配工艺的要害问题是会导致潜在的可靠性失效且很难对此进行有效地监控。

焊点连接的可靠性试验

为分析Sn/Ag/Cu和Sn/Cu的可靠性,对它们进行各种热和机械疲劳试验。试验描述和试验结果如下:

热循环试验结果

测试板用Sn/Cu0.7、Sn/Ag4/Cu0.5和Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5,以及1206薄膜电阻器制作。之后在-40度到125度的温度范围内,以300、400、500次的15分循环量对该板施以热冲击。然后将焊点分切,检查是否存在裂痕。

试验后检查的结果显示,Sn/Cu合金由于湿润性不好导致某些断裂焊点的产生。此外,成形很好的Sn/Cu焊点在施以第三种500次重复循环设置的试验时,也显示有断裂。

有意思的是Sn/Ag4/Cu0.5和Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5合金在经历高达500次重复的试验后没有任何断裂迹象。这显示出Sn/Ag/Cu合金具有Sn/Cu无法比拟的极为优异的耐热疲劳性。但需要注意的是,Sn/Ag4/Cu0.5合金在经过热循环处理后焊点的晶粒(grain)结构的确产生了一些变化。

机械强度-挠性测试

测试板用Sn/Cu0.7、Sn/Ag4/Cu0.5和Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5,以及1206薄膜电阻器制作,对它进行挠性测试。用Sn/Cu0.7制作的焊点在挠性测试中产生断裂,这显示焊点不能承受大范围的机械应力处理。相反由Sn/Ag4/Cu0.5和Sn/Ag2.5/Cu0.7/Sb0.5制作的焊点却满足所有的挠性测试要求。

混合解决方案?