Вести

Oct 17, 2023

Бессвинцовые припои существуют с тех пор, как люди занимались пайкой, их источники датируются примерно 5000 лет назад. Большинство этих сплавов представляли собой комбинации меди-серебра или серебра-золота и использовались для так называемой твердой пайки. Эту технику до сих пор используют для соединения драгоценных и полудрагоценных металлов. Гораздо более поздней разработкой является пайка электронных компонентов вместе с использованием «мягкой пайки», которая влечет за собой гораздо более низкие температуры.

Ранняя мягкая пайка использовала чистое олово (Sn), но постепенно стали искать сплавы, которые решали бы такие проблемы, как термоциклирование, ударопрочность, миграция электронов и образование усов в сплавах на основе олова. Хотя свинцу (Pb) удалось выполнить эту роль в большинстве случаев пайки, постепенное прекращение использования свинца в продуктах, а также новые требования к компонентам с все более мелким шагом потребовали разработки новых припойных сплавов, которые могут выполнять эту роль.

В этой статье мы рассмотрим наиболее часто используемые типы бессвинцовых припоев как для хобби, так и для промышленного использования, а также легирующие добавки, которые используются для улучшения их свойств.

Существует веская причина, по которой олово (Sn) так часто используется в мягких припоях и припойных сплавах: оно плавится при низких температурах (232°C) и обладает хорошими смачивающими свойствами (способностью течь по контактной площадке) в дополнение к своей способности к смачиванию. хорошо растворяется с большинством металлов. Это последнее свойство имеет решающее значение для формирования хорошего интерметаллического соединения (IMC). Качество этой границы IMC определяет, насколько прочным будет соединение. На долговечность влияют как зернистость, так и количество (и размер) пустот в IMC.

Двумя наиболее часто используемыми типами бессвинцового припоя являются SnAgCu (олово-серебро-медь, также называемый SAC) и SnCu (олово-медь). Сплав SnAgCu с 3% серебра и 0,5% меди (SAC305) изначально был одобрен для использования при сборке SMT вместе с рядом других сплавов SAC. Эти другие сплавы относятся к типам с более высоким содержанием серебра, например SAC387 (3,8% Ag) и SAC405 (4% ​​Ag). Эти сплавы с высшим содержанием серебра являются настоящими эвтектическими сплавами, полностью меняющими форму твердого тела на жидкость при температуре плавления 217°C. Напротив, SAC305 имеет диапазон 217–219°C.

Хотя SAC является приемлемым припоем, добавление серебра повышает его стоимость. Это побудило промышленность использовать сплавы с низким содержанием серебра (например, SAC0307) или альтернативы, не содержащие серебра, такие как SnCuNi.

Залог надежного соединения – качество принуждаемого ИМК. Он не может быть слишком толстым или слишком зернистым и предпочтительно не должен иметь пустот Киркендалла.

КИМ каждого сустава подвергается различным видам старения и повреждений:

Из них термоциклирование и тепловой удар связаны между собой, поскольку оба они вызваны температурой окружающей среды. Поскольку соединение подвергается воздействию изменяющихся температур, его отдельные компоненты будут подвергаться тепловому расширению, которое, вероятно, будет неодинаково для разных материалов. Затем прочность соединения на растяжение определяет, в какой момент возникающая деформация приведет к образованию трещины.

Обычно при термоциклировании IMC подвергается рекристаллизации, что приводит к приданию IMC шероховатости, что приводит к образованию трещин. Исследования показали, что добавление наночастиц La2O3 повышает термическую надежность, главным образом за счет ингибирования роста ИМК. Сплавы с высоким содержанием серебра также демонстрируют лучшую термическую надежность. Такой же эффект оказала добавка 0,1% алюминия (Al) к сплавам с низким содержанием серебра, а также добавка Ni, Mn и Bi к сплавам SnAgCu.

Удар при падении и вибрация связаны аналогичным образом: возникает некоторый тип механической деформации, которая может повлиять на печатную плату, соединение и компонент. Падение может привести к значительному повреждению чипов BGA с большим количеством контактов, особенно при проверке таких свойств, как прочность соединений на сдвиг. Виды разрушения из-за механической вибрации аналогичны режимам разрушения при термоциклировании, вызванным постепенным развитием трещин.