无铅回流焊冷却速率研究应用现状

无铅回流焊冷却速率研究应用现状
徐波1、2，王乐1、2，史建卫2，钱乙余1
（1、哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点试验室，黑龙江，哈尔滨150001；2、日东电子科技（深圳）有限公司，广东，深圳 518103）

摘要：阐述了冷却速率对无铅再流焊质量影响的研究现状，总结了冷速对无铅钎料以及SMT焊点可靠性的影响。研究现状表明快速冷却有助于减少焊接缺陷，提高焊点可靠性。

关键词：冷却速率，无铅钎料，回流炉，快速冷却，焊点可靠性

中图分类号：TG454 文献标识码：B 文章编号：1004－4507（2005）12－0034－06

随着电子行业有铅钎料禁用期限日益临近，国内的制造企业包括原始设备厂商和电子制造厂商都已开始着手导入适于自身产品的无铅制程。通过几年来的努力，国内企业已经积累了较为丰富的经验，在焊膏方面，Sn－Ag和Sn－Ag－Cu系已经广为应用，供应商们仍在努力研究，相信更优性能更低成本地助焊剂和焊膏将会陆续出现；在设备方面，无铅制程中受影响最多的回流焊机通过在加热模块、氮气保护、助焊剂回收管理、智能控制等方面的开发逐渐适应了无铅；工艺方面，通过制程优化和精确的温度控制，缺陷已经大为减少，成品率和焊点可靠性逐渐得到提高。

由于无铅焊膏自身特性带来的一些新问题如竖碑、表面裂纹、锡须等等仍未能彻底解决。与此同时，无铅焊接工艺中的冷却速率也逐渐引起人们的关注。因为：

（1）无铅焊接温度升高，PCB组装板出炉温度高。需要可靠的冷却手段降低出炉温度。

（2）焊点钎料液相线以上时间必须加以控制，以减少钎料和焊盘的反应时间，防止脆性的金属间化合物生长过厚，影响接头强度。

（3）无铅焊点表面发黑，改变冷速可以改变焊点光亮。

但是，冷却速率并非越快越好，过大的冷速又会导致应力集中，出现元件破裂和PCB翘屈等缺陷。且焊点在钎料、PCB组件密度和尺寸、焊盘材料等诸因素时对冷速率要求也不尽相同，工艺人员制定温度曲线时多凭经验，没有较为深刻的认识。本文从无铅钎料、焊接工艺、回流炉冷却模块等方面阐述冷却速率在SMT组装中的应用现状。

1 冷却对无铅钎料的影响

当前无铅钎料市场主流是Sn－Ag、Sn－Cu以及Sn－Ag－Cu系合金。对于无铅再流焊用钎料，日本JEITIA推荐Sn－3Ag－0.5Cu和Sn－3.5Ag－0.7Cu，美国NEMI推荐Sn－3.9Ag－0.6Cu，欧洲机构则倾向于Sn－3.8Ag－0.7Cu。

Sn－Ag－Cu系无铅焊料具有固有的微观组织、优良的机械特性和焊点使用可靠性，其在共晶点附近的组织为Sn＋Ag3Sn＋Cu6Sn5。从图1合金的金相照片可以看出，照片中白色基体为