无铅电子封装材料及其焊点可靠性研究进展

摘要：随着2006年7月1日ROHS法令实施的最后期限的来临，无铅焊料的研究与应用又掀起了新一轮的热潮。由于封装材料与封装工艺的改变，给焊点可靠性带来了一系列相关问题。就近年来国内外开发的无铅焊料，焊点的失效模式，焊点可靠性评价方法和焊点的主要缺陷进行了综述。对今后该领域的研究前景及方向进行了展望。

随着社会的进步，保护环境，减少污染，已越来越受到人们的关注。由于铅对环境和人体的负作用，世界各国如欧盟、美国和日本等纷纷立法禁止或限制铅的工作应用。随着2006年7月1日欧盟将正式对电子产品实施RoHS（Restriction of Hazardous Substances）法令，无铅计术的研究与应用对电子封装业的原时设备制造商和电子代工生产商已成为当务之急。另外，电子封装向着高集成、高密度方向发展，焊点越来越小而所承载的力学、热学和电学负荷越来越高，传统的Sn37Pb已不能满足工艺要求。在向无铅化过渡的进程中，封装材料与封装工艺的改变所带来的最突出的部题之一就是无铅焊点可靠性问题。



1．        无铅焊料的研究现状

国际上对无铅焊料的定义为：以Sn为基，添加Ag、Cu、Zn、Bi等元素构成的二元、三元甚至四元的共晶合金代替Sn37Pb焊料，其中w(Pb)应小于0.01%。目前，国际上一致公认的首选代铅锡焊料主要集中在Sn-Ab-Cu系。

无铅焊接工艺

按焊点连接方式来分，电子焊接工艺主要有二种：波峰焊（Wave Soldering）和回流焊（Reflow Soldering）。波峰焊是基于传统的焊锡-通孔（THT，Pin Through Hole）工艺发展起来的，而回流焊是基于新型的表面贴装技术（SMT，Surface Mount Technology）发展起来的。而现今大多数电子封装为THT/SMT混装工艺。

无铅焊料的要求

理想的无铅焊料的要求：良好的电学、力学性能、可润湿性、无潜在电解腐蚀或晶须生长、成本适中、易于加工、可采用现有焊剂系统，不需要气体保护、与现行工艺设备兼容性好。实际无铅焊料的开发主要考虑如下六个方面：⑴相变温度与Sn-Pb钎料相近；⑵无毒性；⑶足够的力学性能；⑷合适的物理性能，特别是电导率、热导率、热膨胀系数；⑸良好的润湿性；⑹可接受的价格。

无铅焊料的分类

按主要添加元素可以分为Sn-Ag系、Sn-Ag-Cu系、Sn-Bi系、Sn-Zn系。

Sn-Ag系和Sn-Ag-Cu系

Sn-Ag系和Sn-Ag-Cu系焊料具有较好的可综合性能，尤其是Sn-Ag-Cu系焊料以其固有的微细组织、优良的机械物理性、良好的耐疲劳性能和蠕变性能而受到世界大部分地区的亲睐。

Sn-Ag系焊料在w(Ag)含量为3.5%时形成二元AgSn3-Sn共晶，熔点为221℃。AgSn3相呈环状，并均匀分散在Sn基体中，从而起到合金强化作用；银含量超过3.5%时形成过共晶，会有

关于无铅焊料，国外已经有很多研究，许多的本构方程方程被提出来，在ＡＮＳＹＳ也完全可以实现仿真分析，只是国内实验条件有限，好象没有听说有什么成果出来，值得努力啊