設(shè)計(jì)與研究20分析無(wú)鉛焊接高溫對(duì)元器件可靠性的影響

摘要  :鉛和鉛合金鍍覆蓋長(zhǎng)期以來(lái)都是電子產(chǎn)品互聯(lián)的基礎(chǔ)材料，其具有焊接質(zhì)量好，價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)，因此得到了廣泛應(yīng)用。近幾年，人們逐漸意識(shí)到鉛和鉛合金的毒性，其會(huì)對(duì)人的健康造成一定程度的威脅?；诖?，人們開(kāi)始推廣無(wú)鉛焊接技術(shù)，這也是焊接技術(shù)發(fā)展的主要趨勢(shì)，下面針對(duì)無(wú)鉛焊接高溫對(duì)元器件可靠性的影響進(jìn)行分析，希望對(duì)文中內(nèi)容對(duì)相關(guān)工作人員能夠有所幫助。

關(guān)鍵詞：無(wú)鉛焊接；元器件；可靠性

Effect Analysis of High Temperature of Lead-free Welding on Reliability of Components

Abstract: lead and its alloy coating has been basic materials of interconnection of electronic products for a long time, which has advantages of good quality and low price, and has been widely applied. In recent years, people have gradually realizes toxicity of lead and its alloy can threat human’s health to some certain degree. Based on this, lead-free welding technology has been promoted, which is main trend of welding technology development. Effect of lead-free welding high tempreture on components’ reliability is analyzed as follows, hoping to help related working staffs.

Key words: lead-free welding; components; reliability

0  引言

       鉛對(duì)人的身體會(huì)造成巨大傷害，其主要會(huì)損害人的造血系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、消消化系統(tǒng)等，同時(shí)鉛中毒會(huì)引起腎病、白血病等各種疾病。電子制造業(yè)在具體生過(guò)程中會(huì)大量的使用錫鉛焊合金焊條，這將會(huì)對(duì)人們的生活環(huán)境造成一定程度污染。在電子制造業(yè)中，全面實(shí)現(xiàn)無(wú)鉛生產(chǎn)，減少因?yàn)殂U使用而造成的環(huán)境破壞已經(jīng)迫在眉睫。

1  無(wú)鉛焊接技術(shù)現(xiàn)狀

       從目前的實(shí)際情況來(lái)看，無(wú)鉛焊料并沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，通常情況下，錫是焊接材料的主體內(nèi)容，然后在此基礎(chǔ)上，向其中添加其它金屬，近幾年，隨著人們對(duì)無(wú)鉛焊接技術(shù)研究的不斷深入，無(wú)鉛焊料研究工作發(fā)展迅猛[1]?，F(xiàn)階段，常見(jiàn)的無(wú)鉛焊料以Sn-Ag、Sn-Zn、Sn-Bi為基體，向其中適當(dāng)加入適量的其它金屬元素，最終構(gòu)成三元合金和多元合金。

2  無(wú)鉛焊接高溫引起的元器件失效

       對(duì)于一些潮濕敏感器件（MSD），隨著工藝溫度的不斷上升，元器件將會(huì)吸收大量的潮氣，這些潮氣在高溫鄒勇下，將會(huì)發(fā)生氣化，此時(shí)氣化將會(huì)發(fā)生快速膨脹，最終將會(huì)形成較大壓力，此時(shí)將有可能會(huì)引起裂紋、分層等各種不良現(xiàn)象，進(jìn)而將會(huì)降低MSD的質(zhì)量，導(dǎo)致其性能受到影響。壓力與溫度增加呈指數(shù)關(guān)系，因此針對(duì)MSD的處理，要加以關(guān)注。IPC在標(biāo)準(zhǔn)J-STD -020與J-STD-033中分別對(duì)MSD的分級(jí)及處理作為相應(yīng)的規(guī)范，在具體應(yīng)用過(guò)程中可以作為參考依據(jù)[2]。除此之外，在具體應(yīng)用過(guò)程中，還需要注意以下兩項(xiàng)內(nèi)容:

（1）針對(duì)已經(jīng)開(kāi)封，但是用完的MSD，應(yīng)當(dāng)將會(huì)放回到干燥箱中，在干燥箱中存放的時(shí)間應(yīng)超過(guò)空氣中的5倍，確保MSD的干燥性滿足使用要求后，才可以對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用，避免影響產(chǎn)品質(zhì)量。（2）峰值每提升5°C-10°C，相應(yīng)MSL（潮濕敏感等級(jí)）將會(huì)下調(diào)1級(jí)-2級(jí)。

       無(wú)鉛工藝對(duì)元器件可靠性的另一項(xiàng)影響是焊接度高溫對(duì)器件內(nèi)部鏈接造成的影響。IC的內(nèi)部連接方法有超生壓焊，金絲球焊，以及倒裝焊等多種不同方法，尤其是CSP、BGA和組合式復(fù)合元器件、模塊器件等新型元器件[3]。例如，倒裝CSP、BGA內(nèi)部封存芯片凸點(diǎn)采用的焊膏為Sn-3.5Ag焊接，該焊接材料的熔點(diǎn)為221°C，如果針對(duì)這樣的焊接在具體焊接過(guò)程中，采用無(wú)鉛焊接，在具體焊接過(guò)程中，期間內(nèi)部焊點(diǎn)將會(huì)與表面組裝焊點(diǎn)將會(huì)同一時(shí)間再融化、凝固一次，這一過(guò)程中會(huì)對(duì)器件的可靠性造成巨大的不良影響。因此，無(wú)鉛元器件內(nèi)不連接采用的材料必須符合焊接工藝對(duì)于高溫的要求，應(yīng)當(dāng)采用焊接比二級(jí)組裝焊接需要焊接溫度更高熔點(diǎn)的焊接料，避免焊接期間內(nèi)部連接點(diǎn)的重熔。但是，從實(shí)際情況來(lái)看，在對(duì)該方面的研究投入較少，并且因?yàn)闇囟绕?，因此?duì)材料耐熱性的要求更高，這也增加了難度，雖然有解決方法，但是高溫?zé)o鉛焊接料的種類有限，并且成本相對(duì)較高。

3  采用熱管理技術(shù)解決無(wú)鉛工藝高溫?zé)崾?/strong>

       在分析過(guò)程中，要了解每個(gè)元件最高溫度限制，這對(duì)于焊接質(zhì)量來(lái)說(shuō)意義重大。一些元件在具體焊接過(guò)程中，能夠滿足ROHS的具體要求，但是，從實(shí)際情況來(lái)看，難以滿足無(wú)鉛焊接對(duì)最高溫度要求。例如，若超過(guò)了元件制造商規(guī)定的最高溫度，將會(huì)對(duì)產(chǎn)品應(yīng)用過(guò)程中的可靠性造成不良影響，因此，必須要避免該情況的發(fā)生[4]。一旦發(fā)現(xiàn)存在問(wèn)題，要利用合理方法及資源，可靠而經(jīng)濟(jì)的完成相應(yīng)的裝配操作。元件熱管理是焊接熱敏感元件的一項(xiàng)可行方法，通過(guò)該方法的應(yīng)用，可以完成對(duì)施工手工焊接和選擇性焊接的取代。

       熱管理就是在SMT回流焊期間，對(duì)每個(gè)元件溫度曲線進(jìn)行合理控制。通過(guò)對(duì)軟件熱管理的合理應(yīng)用，熱敏元件的焊接可以利用標(biāo)準(zhǔn)回流焊接溫度實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，電路板回流焊接曲線也不會(huì)由于熱敏元件的存在而折衷。并且，回流焊接曲線的確定是依據(jù)焊點(diǎn)質(zhì)量的具體情況而定的，在問(wèn)題分析過(guò)程中，考慮到全局性因素帶來(lái)的影響。例如，電路板存在的具體元件、元件密集程度、具體焊接要求的高度等[5]。針對(duì)無(wú)法承回流焊的個(gè)別元件，應(yīng)當(dāng)利用元件熱管理進(jìn)行單獨(dú)處理。通常來(lái)說(shuō)，元件熱管理設(shè)備都會(huì)配備獨(dú)特的冷卻方法，通過(guò)合理的手段，對(duì)熱敏元件能夠接觸到的總熱量進(jìn)行限制，確保該熱量能夠保持在一個(gè)合理的范圍，避免對(duì)元器件造成破壞[6-7]。此外，也可以將元件熱管理應(yīng)用在不同的元件電子組裝中，并且從實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看也取得了不錯(cuò)的成績(jī)，這樣使工程的工作變得更加靈活，使元器件的可靠性能夠得到進(jìn)一步提升。

4  結(jié)論

       鉛對(duì)人的身體會(huì)造成巨大危害，現(xiàn)在許多電子產(chǎn)品都對(duì)已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用無(wú)鉛工藝，在應(yīng)用無(wú)鉛工藝過(guò)程中，人們重點(diǎn)關(guān)注高無(wú)鉛焊料在具體焊接作業(yè)過(guò)程中的可靠性問(wèn)題[8]。從具體情況來(lái)看，對(duì)無(wú)鉛工藝，尤其我國(guó)對(duì)無(wú)鉛高溫對(duì)元器件可靠性的影響關(guān)注度不夠，這對(duì)無(wú)鉛焊接工藝的發(fā)展來(lái)說(shuō)造成一設(shè)計(jì)與研究22定的制約。文章對(duì)焊接過(guò)程中存在的裂縫、分層等不良現(xiàn)象進(jìn)行了重點(diǎn)分析，通過(guò)元件熱管理方式，對(duì)無(wú)鉛焊接高溫中的熱失效與損傷問(wèn)題加以解決。

參考文獻(xiàn)：

[1]高峰.部分無(wú)鉛焊料體系的熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)研究[D]. 廈門(mén)大學(xué),2009.

[2]金浩, 馬元遠(yuǎn), 王德苗. 鐵氧體表面無(wú)鉛焊接薄膜的磁控濺射制備研究[J]. 真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào),2008(04)

[3]鄒宇.無(wú)鉛BGA焊接工藝方法研究[J].黑龍江科學(xué),2014,5(05)

[4]童昕. 集群中的綠色技術(shù)創(chuàng)新—擴(kuò)散研究——以電子制造的無(wú)鉛化為例[J]. 中國(guó)人口. 資源與環(huán)境,2007(06)

[5]楊容.無(wú)鉛回流焊接中工藝技術(shù)的研究[J].硅谷,2014,7(15)

[6]趙彥飛.航天一院元器件自主保障系統(tǒng)改進(jìn)研究[D]. 哈爾濱工業(yè)大學(xué),2017.

[7]畢錦棟, 鄭麗香, 周軍連, 林長(zhǎng)苓, 蘇瑜, 劉志斯. 電子元器件國(guó)產(chǎn)化替代工作探討[J]. 質(zhì)量與可靠性,2015(03)

[8]沈劍波. 電子元器件可靠性技術(shù)在發(fā)展航天中的重要作用[J]. 導(dǎo)彈與航天運(yùn)載技術(shù),1999(05)

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