设计与研究20分析无铅焊接高温对元器件可靠性的影响
摘要 :铅和铅合金镀覆盖长期以来都是电子产品互联的基础材料，其具有焊接质量好，价格低的优点，因此得到了广泛应用。近几年，人们逐渐意识到铅和铅合金的毒性，其会对人的健康造成一定程度的威胁。基于此，人们开始推广无铅焊接技术，这也是焊接技术发展的主要趋势，下面针对无铅焊接高温对元器件可靠性的影响进行分析，希望对文中内容对相关工作人员能够有所帮助。
关键词：无铅焊接；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
铅对人的身体会造成巨大伤害，其主要会损害人的造血系统、神经系统、消消化系统等，同时铅中毒会引起肾病、白血病等各种疾病。电子制造业在具体生过程中会大量的使用锡铅焊合金焊条，这将会对人们的生活环境造成一定程度污染。在电子制造业中，全面实现无铅生产，减少因为铅使用而造成的环境破坏已经迫在眉睫。
1 无铅焊接技术现状
从目前的实际情况来看，无铅焊料并没有一个统一的标准，通常情况下，锡是焊接材料的主体内容，然后在此基础上，向其中添加其它金属，近几年，随着人们对无铅焊接技术研究的不断深入，无铅焊料研究工作发展迅猛[1]。现阶段，常见的无铅焊料以Sn-Ag、Sn-Zn、Sn-Bi为基体，向其中适当加入适量的其它金属元素，最终构成三元合金和多元合金。
2 无铅焊接高温引起的元器件失效
对于一些潮湿敏感器件（MSD），随着工艺温度的不断上升，元器件将会吸收大量的潮气，这些潮气在高温邹勇下，将会发生气化，此时气化将会发生快速膨胀，最终将会形成较大压力，此时将有可能会引起裂纹、分层等各种不良现象，进而将会降低MSD的质量，导致其性能受到影响。压力与温度增加呈指数关系，因此针对MSD的处理，要加以关注。IPC在标准J-STD -020与J-STD-033中分别对MSD的分级及处理作为相应的规范，在具体应用过程中可以作为参考依据[2]。除此之外，在具体应用过程中，还需要注意以下两项内容:
（1）针对已经开封，但是用完的MSD，应当将会放回到干燥箱中，在干燥箱中存放的时间应超过空气中的5倍，确保MSD的干燥性满足使用要求后，才可以对其进行应用，避免影响产品质量。（2）峰值每提升5°C-10°C，相应MSL（潮湿敏感等级）将会下调1级-2级。
无铅工艺对元器件可靠性的另一项影响是焊接度高温对器件内部链接造成的影响。IC的内部连接方法有超生压焊，金丝球焊，以及倒装焊等多种不同方法，尤其是CSP、BGA和组合式复合元器件、模块器件等新型元器件[3]。例如，倒装CSP、BGA内部封存芯片凸点采用的焊膏为Sn-3.5Ag焊接，该焊接材料的熔点为221°C，如果针对这样的焊接在具体焊接过程中，采用无铅焊接，在具体焊接过程中，期间内部焊点将会与表面组装焊点将会同一时间再融化、凝固一次，这一过程中会对器件的可靠性造成巨大的不良影响。因此，无铅元器件内不连接采用的材料必须符合焊接工艺对于高温的要求，应当采用焊接比二级组装焊接需要焊接温度更高熔点的焊接料，避免焊接期间内部连接点的重熔。但是，从实际情况来看，在对该方面的研究投入较少，并且因为温度偏高，因此对材料耐热性的要求更高，这也增加了难度，虽然有解决方法，但是高温无铅焊接料的种类有限，并且成本相对较高。
3 采用热管理技术解决无铅工艺高温热失效
在分析过程中，要了解每个元件最高温度限制，这对于焊接质量来说意义重大。一些元件在具体焊接过程中，能够满足ROHS的具体要求，但是，从实际情况来看，难以满足无铅焊接对最高温度要求。例如，若超过了元件制造商规定的最高温度，将会对产品应用过程中的可靠性造成不良影响，因此，必须要避免该情况的发生[4]。一旦发现存在问题，要利用合理方法及资源，可靠而经济的完成相应的装配操作。元件热管理是焊接热敏感元件的一项可行方法，通过该方法的应用，可以完成对施工手工焊接和选择性焊接的取代。
热管理就是在SMT回流焊期间，对每个元件温度曲线进行合理控制。通过对软件热管理的合理应用，热敏元件的焊接可以利用标准回流焊接温度实现。同时，电路板回流焊接曲线也不会由于热敏元件的存在而折衷。并且，回流焊接曲线的确定是依据焊点质量的具体情况而定的，在问题分析过程中，考虑到全局性因素带来的影响。例如，电路板存在的具体元件、元件密集程度、具体焊接要求的高度等[5]。针对无法承回流焊的个别元件，应当利用元件热管理进行单独处理。通常来说，元件热管理设备都会配备独特的冷却方法，通过合理的手段，对热敏元件能够接触到的总热量进行限制，确保该热量能够保持在一个合理的范围，避免对元器件造成破坏[6-7]。此外，也可以将元件热管理应用在不同的元件电子组装中，并且从实际应用情况来看也取得了不错的成绩，这样使工程的工作变得更加灵活，使元器件的可靠性能够得到进一步提升。
4 结论
铅对人的身体会造成巨大危害，现在许多电子产品都对已经开始应用无铅工艺，在应用无铅工艺过程中，人们重点关注高无铅焊料在具体焊接作业过程中的可靠性问题[8]。从具体情况来看，对无铅工艺，尤其我国对无铅高温对元器件可靠性的影响关注度不够，这对无铅焊接工艺的发展来说造成一设计与研究22定的制约。文章对焊接过程中存在的裂缝、分层等不良现象进行了重点分析，通过元件热管理方式，对无铅焊接高温中的热失效与损伤问题加以解决。
参考文献：
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