无铅电子装配的材料及工艺考虑
无铅电子装配的材料及工艺考虑
Material and Techniques for Lead-Free Electronic Assembly
J．Reachen
伴随欧洲电子电气设备指导法令(WEEE Directive)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。
摘要：
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无铅电子装配的材料及工艺考虑MaterialandTechniquesforLead-FreeElectronicAssemblyJ．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...
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作者：闻远设计
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