新型無鉛焊料合金體系

過來近年來對(duì)二元無鉛焊料進(jìn)行了深入廣泛的研究，主要有Sn-Bi、Sn-Ag、Sn-Zn、Sn-In、Sn-Cu、Sn-Sb等體系。然而二元無鉛焊料在潤濕性及力學(xué)電化學(xué)性能方面都難以達(dá)到傳統(tǒng)錫鉛焊料的水平、因此研究人員開始注重三元或多元合金體系。通過對(duì)無鉛焊料合金的多元化設(shè)計(jì)，無鉛焊料的熔化溫度、潤濕性、焊料組織結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能抗氧化及腐蝕性能等得到優(yōu)化。目前研究比較深入、電子封裝應(yīng)用較多的三元合金體系為Sn-Ag-Cu，此外Sn-Zn-Al、Sn-Cu-Ni、Sn-Zn-Bi、Sn-Bi-Fe、Sn-Ag-In等也有相應(yīng)的報(bào)道。

Sn-Ag-Cu焊料是在Sn-Ag二元焊料基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。焊料由于具有優(yōu)良的物理性能和力學(xué)性能，可靠性高、潤濕性好，是全球公認(rèn)Sn-Pb釬料最主要的替代品，也是目前應(yīng)用較多普遍認(rèn)可的焊料之一。美國Ames實(shí)驗(yàn)室對(duì)無鉛共晶焊料合金Sn-Ag4.7-Cul1.7及其共晶合金Sn-Ag3.8-Cu0.7和Sn-Ag3.6-Cu1.0進(jìn)行了研究，并在釬料中添加Co、Ni等元素以改善合金的凝固組織和抑制焊點(diǎn)界面處金屬間化合物的生長。Sn-Ag4.7-Cu1.7三元共晶合金具有良好的可焊性，是目前在歐洲應(yīng)用最廣泛的無鉛焊之一。此外，韓國和日本對(duì)Sn-Ag3.0-Cu0.5的研究較多，目前已經(jīng)有許多廠商開始應(yīng)用該合金焊料進(jìn)行電子封裝。無論是歐盟、美國還是日本推薦使用的合金成份，其Ag含量都大于3%。高Ag含量不僅不符合低成本的要求，而且在釬料中的Ag以粗大板條狀Ag3Sn的形式存在，會(huì)降低焊點(diǎn)的抗沖擊性能。然而Ag含量降低，同樣會(huì)導(dǎo)致釬料的融成變短，潤濕性下降。目前，廣大科研工作者在降低Sn-Ag-Cu釬料中Ag含量的同事，通過適當(dāng)添加其他組元如Bi、Pi、Ni、Cr、Al等元素在一定程度上改善釬料的潤濕性、抗氧化等性能，取得了較好的效果。在未來的一段時(shí)間內(nèi)，通過設(shè)計(jì)開發(fā)三元甚至多元無鉛焊聊體系，進(jìn)行微量元素改變及進(jìn)化改善釬料合金的某方面性能仍是無鉛焊料合金研究的主流。

自從1998年10月，索尼公司推出第一款MD機(jī)以來，無鉛焊料已獲得了廣泛的應(yīng)用。全球每年消耗的釬料11·13萬噸，其供貨形態(tài)由傳統(tǒng)的絲狀、條狀、帶狀發(fā)展到線狀、箔帶狀、膏狀、BGA球和藥芯釬料等。我國無鉛釬料的規(guī)模化生產(chǎn)始于21世紀(jì)初，起步較晚，但發(fā)展迅速，目前我過已有超過300家的軟釬焊企業(yè)，生產(chǎn)釬料的品種要600種，軟釬料的產(chǎn)量已超過每年80000噸，除國內(nèi)供應(yīng)外，國外的訂單也日俱增多，并已占主導(dǎo)地位。然而，高端產(chǎn)品如膏狀和BGA球等由于缺乏核心技術(shù)，主要市場被美國、歐洲、日本等企業(yè)占據(jù)。隨著電子產(chǎn)品的小型化和多功能化，膏狀和BGA球等高端產(chǎn)品將成為必然的發(fā)展趨勢。