分析無鉛焊接高溫對元器件可靠性的影響

胡博

（江蘇省淮安工業(yè)中等專業(yè)學(xué)校，江蘇淮安 223200）

0 引言

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

1 無鉛焊接技術(shù)現(xiàn)狀

從目前的實際情況來看，無鉛焊料并沒有一個統(tǒng)一的標(biāo)準，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，隨著人們對無鉛焊接技術(shù)研究的不斷深入，無鉛焊料研究工作發(fā)展迅猛[1]?，F(xiàn)階段，常見的無鉛焊料以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 無鉛焊接高溫引起的元器件失效

對于一些潮濕敏感器件（MSD），隨著工藝溫度的不斷上升，元器件將會吸收大量的潮氣，這些潮氣在高溫鄒勇下，將會發(fā)生氣化，此時氣化將會發(fā)生快速膨脹，最終將會形成較大壓力，此時將有可能會引起裂紋、分層等各種不良現(xiàn)象，進而將會降低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MSD的處理，要加以關(guān)注。IPC在標(biāo)準J-STD -020與J-STD-033中分別對MSD的分級及處理作為相應(yīng)的規(guī)范，在具體應(yīng)用過程中可以作為參考依據(jù)[2]。除此之外，在具體應(yīng)用過程中，還需要注意以下兩項內(nèi)容:（1）針對已經(jīng)開封，但是用完的MSD，應(yīng)當(dāng)將會放回到干燥箱中，在干燥箱中存放的時間應(yīng)超過空氣中的5倍，確保MSD的干燥性滿足使用要求后，才可以對其進行應(yīng)用，避免影響產(chǎn)品質(zhì)量。（2）峰值每提升5℃-10℃，相應(yīng)MSL（潮濕敏感等級）將會下調(diào)1級-2級。

無鉛工藝對元器件可靠性的另一項影響是焊接度高溫對器件內(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)部封存芯片凸點采用的焊膏為Sn-3.5Ag焊接，該焊接材料的熔點為221℃，如果針對這樣的焊接在具體焊接過程中，采用無鉛焊接，在具體焊接過程中，期間內(nèi)部焊點將會與表面組裝焊點將會同一時間再融化、凝固一次，這一過程中會對器件的可靠性造成巨大的不良影響。因此，無鉛元器件內(nèi)不連接采用的材料必須符合焊接工藝對于高溫的要求，應(yīng)當(dāng)采用焊接比二級組裝焊接需要焊接溫度更高熔點的焊接料，避免焊接期間內(nèi)部連接點的重熔。但是，從實際情況來看，在對該方面的研究投入較少，并且因為溫度偏高，因此對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，并且成本相對較高。

3 采用熱管理技術(shù)解決無鉛工藝高溫?zé)崾?/h2>

在分析過程中，要了解每個元件最高溫度限制，這對于焊接質(zhì)量來說意義重大。一些元件在具體焊接過程中，能夠滿足ROHS的具體要求，但是，從實際情況來看，難以滿足無鉛焊接對最高溫度要求。例如，若超過了元件制造商規(guī)定的最高溫度，將會對產(chǎn)品應(yīng)用過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)存在問題，要利用合理方法及資源，可靠而經(jīng)濟的完成相應(yīng)的裝配操作。元件熱管理是焊接熱敏感元件的一項可行方法，通過該方法的應(yīng)用，可以完成對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，對每個元件溫度曲線進行合理控制。通過對軟件熱管理的合理應(yīng)用，熱敏元件的焊接可以利用標(biāo)準回流焊接溫度實現(xiàn)。同時，電路板回流焊接曲線也不會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)焊點質(zhì)量的具體情況而定的，在問題分析過程中，考慮到全局性因素帶來的影響。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]。針對無法承回流焊的個別元件，應(yīng)當(dāng)利用元件熱管理進行單獨處理。通常來說，元件熱管理設(shè)備都會配備獨特的冷卻方法，通過合理的手段，對熱敏元件能夠接觸到的總熱量進行限制，確保該熱量能夠保持在一個合理的范圍，避免對元器件造成破壞[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，并且從實際應(yīng)用情況來看也取得了不錯的成績，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一步提升。

4 結(jié)論

鉛對人的身體會造成巨大危害，現(xiàn)在許多電子產(chǎn)品都對已經(jīng)開始應(yīng)用無鉛工藝，在應(yīng)用無鉛工藝過程中，人們重點關(guān)注高無鉛焊料在具體焊接作業(yè)過程中的可靠性問題[8]。從具體情況來看，對無鉛工藝，尤其我國對無鉛高溫對元器件可靠性的影響關(guān)注度不夠，這對無鉛焊接工藝的發(fā)展來說造成一定的制約。文章對焊接過程中存在的裂縫、分層等不良現(xiàn)象進行了重點分析，通過元件熱管理方式，對無鉛焊接高溫中的熱失效與損傷問題加以解決。

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