新型無鉛焊料合金體系

過來近年來對二元無鉛焊料進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電化學性能方面都難以達到傳統(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。通過對無鉛焊料合金的多元化設計，無鉛焊料的熔化溫度、潤濕性、焊料組織結構及力學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等也有相應的報道。

Sn-Ag-Cu焊料是在Sn-Ag二元焊料基礎上發(fā)展起來的。焊料由于具有優(yōu)良的物理性能和力學性能，可靠性高、潤濕性好，是全球公認Sn-Pb釬料最主要的替代品，也是目前應用較多普遍認可的焊料之一。美國Ames實驗室對無鉛共晶焊料合金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，是目前在歐洲應用最廣泛的無鉛焊之一。此外，韓國和日本對Sn-Ag3.0-Cu0.5的研究較多，目前已經有許多廠商開始應用該合金焊料進行電子封裝。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，會降低焊點的抗沖擊性能。然而Ag含量降低，同樣會導致釬料的融成變短，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。在未來的一段時間內，通過設計開發(fā)三元甚至多元無鉛焊聊體系，進行微量元素改變及進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機以來，無鉛焊料已獲得了廣泛的應用。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)�；�生產始于21世紀初，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)，生產釬料的品種要600種，軟釬料的產量已超過每年80000噸，除國內供應外，國外的訂單也日俱增多，并已占主導地位。然而，高端產品如膏狀和BGA球等由于缺乏核心技術，主要市場被美國、歐洲、日本等企業(yè)占據。隨著電子產品的小型化和多功能化，膏狀和BGA球等高端產品將成為必然的發(fā)展趨勢。