焊錫技術-焊錫絲焊接技術

文章出處： admin發布時間： 2015年8月13日人氣 7255

這里，總結一下錫/鉛焊接材料的基本知識，以及焊接點的性能因素，隨后簡要討論一下無鉛焊錫絲。

焊錫絲通常定義為液化溫度在400°C(750°F)以下的可熔合金。裸片級的(特別是倒裝芯片)錫球的基本合金含有高溫、高鉛含量，比如Sn5/Pb95或Sn10/Pb90。共晶或臨共晶合金，如Sn60/Pb40，Sn62/Pb36/Ag2和Sn63/Pb37，也成功使用。例如，載體CSP/BGA板層底面的錫球可以是高溫、高鉛或共晶、臨共晶的錫/鉛或錫/鉛/銀材料。由于傳統板材料，如FR-4，的賴溫水平，用于附著元件和IC包裝的板級焊錫絲局限于共晶，臨共晶的錫/鉛或錫/鉛/銀焊錫絲。在某些情況，使用了錫/銀共晶和含有鉍(Bi)或銦劑類型以及線徑選擇。產品具有下列優點：可焊性好，潤濕時間短；釬焊時松香飛濺；線內松香分布均勻，連續性好；

無惡臭味，煙霧少，不含毒害健康之揮發氣體；卷線整齊、美觀，表面光亮。無鉛錫線：
配合無鉛化電子組裝需求，本公司的具有Sn-Cu，Sn-Ag，Sn-Bi，Sn-Sb，Sn-Ag-Cu等合金成份的無鉛錫線。產品中鉛含量嚴格控制在1000ppm以下。另輔有精心改進的助焊劑以適應更高焊接溫度下的活性需求，從而幫助您順利過渡到無鉛化制程。免洗錫線：
配合全球限制使用 CFC 溶劑的《蒙特利爾國際公約》以及滿足高精度、高可靠性電子產品的免清洗組裝工藝，本公司配有多種合金比例和線徑的免洗錫線供客選擇。具有焊點可靠、清潔、美觀，焊后絕緣電阻高、離子污染低及焊后殘留物極少等特點。松香芯錫線：采用高品質松香配制而成。松香芯分為：R 型（非活化），RMA型（中度活性）和 RA 型（高度活性）共三種。具有焊接時潤濕性佳，焊點可靠，各種技術性能指針優良，用途廣泛等特點。本公司配有多種合金比例和線徑供客選擇。水溶性錫線：
符合當今取消ODS物質的電子產品水清洗工藝流程。具有焊接速度快、焊點光亮美觀、焊后殘留物極易用溫水清洗等特點。本公司配有多種合金比例和線徑供客選擇。燈頭專用錫線：
針對照明行業的燈頭焊接而開發，具有潤濕性特佳、焊點可靠飽滿、殘渣無腐蝕等特點，本公司配有多種合金比例和線徑供客選擇。 (In)的低溫焊錫絲成分。
焊錫絲可以有各種物理形式使用，包括錫條、錫錠、錫線、錫粉、預制錠、錫球與柱、錫膏和熔化狀態。焊錫絲材料的固有特性可從三個方面考慮：物理、冶金和機械。
物理特性對今天的包裝和裝配特別重要的有五個物理特性：冶金相化溫度(Metallurgical phase-transition temperature)有實際的暗示，液相線溫度可看作相當于熔化溫度，固相線溫度相當于軟化溫度。
對給定的化學成分，液相線與固相線之間的范圍叫做塑性或粘滯階段。選作連接材料的焊錫絲合金必須適應于最惡劣條件下的最終使用溫度。因此，希望合金具有比所希望的最高使用溫度至少高兩倍的液相線。當使用溫度接近于液相線時，焊錫絲通常會變得機械上與冶金上"脆弱"。焊錫絲連接的導電性(electrical conductivity)描述了它們的電氣信號的傳送性能。從定義看，導電性是在電場的作用下充電離子(電子)從一個位置向另一個位置的運動。電子導電性是指金屬的，離子導電性是指氧化物和非金屬的。焊錫絲的導電性主要是電子流產生的。電阻 - 與導電性相反 - 隨著溫度的上升而增加。這是由于電子的移動性減弱，它直接與溫度上升時電子運動的平均自由路線(mean-free-path)成比例。焊錫絲的電阻也可能受塑性變形的程度的影響(增加)。
金屬的導熱性(thermal conductivity)通常與導電性直接相關，因為電子主要是導電和導熱。(可是，對絕緣體，聲子的活動占主要。) 焊錫絲的導熱性隨溫度的增加而減弱。
自從表面貼裝技術的開始，溫度膨脹系數(CTE, coefficient of thermal expansion)問題是經常討論到的，它發生在SMT連接材料特性的溫度膨脹系數(CTE)通常相差較大的時候。一個典型的裝配由FR-4板、焊錫絲和無引腳或有引腳的元件組成。它們各自的溫度膨脹系數(CTE)為，16.0 × 10-6/°C(FR-4); 23.0 × 10-6/°C(Sn63/Pb37); 16.5 × 10-6/°C(銅引腳); 和6.4 × 10-6/°C(氧化鋁Al2O3無引腳元件)。在溫度的波動和電源的開關下，這些CTE的差別增加焊接點內的應力和應變，縮短使用壽命，導致早期失效。兩個主要的材料特性決定CTE的大小，晶體結構和熔點。當材料具有類似的晶格結構，它們的CTE與熔點是相反的聯系。
熔化的焊錫絲的表面張力(surface tension)是一個關鍵參數，與可熔濕性和其后的可焊接性相關。由于在表面的斷裂的結合，作用在表面分子之間的吸引力相對強度比焊錫絲內部的分子力要弱。因此材料的自由表面比其內部具有更高的能量。對熔濕焊盤的已熔化的焊錫絲來說，焊盤的表面必須具有比熔化的焊錫絲表面更高的能量。換句話說，已熔化金屬的表面能量越低(或金屬焊盤的表面能量越高)，熔濕就更容易。
冶金特性在焊錫絲連接使用期間暴露的環境條件下，通常發生的冶金現象包括七個不同的改變。 1. 塑性變形(plastic deformation)。當焊錫絲受到外力，如機械或溫度應力時，它會發生不可逆變的塑性變形。通常是從焊錫絲晶體結合的一些平行平面開始，它可能在全部或局部(焊錫絲點內)進行，看應力水平、應變率、溫度和材料特性而定。
2. 連續的或周期性的塑性變形最終導致焊點斷裂。
3. 應變硬化(strain-hardening)，是塑性變形的結果，通常在應力與應變的關系中觀察得到。回復過程(recovery process)是應變硬化的相反的現象，是軟化的現象，即，焊錫絲傾向于釋放儲存的應變能量。該過程是熱動力學過程，能量釋放過程開始時快速，其后過程則較慢。對焊接點失效敏感的物理特性傾向于恢復到其初始的值。僅管如此，這不會影響微結構內的可見的變化。
4. 再結晶(recrystallization)是經常在使用期間觀察到的焊接點內的另一個現象。它通常發生在相當較高的溫度下，涉及比回復過程更大的從應變材料內釋放的能量。在再結晶期間，也形成一套新的基本無應變的晶體結構，明顯包括晶核形成和生長過程。再結晶所要求的溫度通常在材料絕對熔點的三分之一到二分之一。
5. 溶液硬化(solution-hardening)，或固體溶液合金化過程，造成應力增加。一個例子就是當通過添加銻(Sb)來強化Sn/Pb成分。

6. 沉淀硬化(precipitaion-hardening)包括來自有充分攪拌的微沉淀結構的強化效果。 7. 焊錫絲的超塑性(superplasticity)出現在低應力、高溫和低應變率相結合的條件下。

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