二次回流焊無(wú)鉛焊錫膏解決方案

摘要
深圳市福英達(dá)工業(yè)技術(shù)有限公司基于本公司專利提出了一種全新的微電子與半導(dǎo)體封裝二次回流方案：用普通的SAC305焊錫膏或者SAC0307焊錫膏做為元器件封裝的一次回流焊錫膏，F(xiàn)L系列低溫高強(qiáng)度焊錫膏作為二次回流焊錫膏。焊點(diǎn)強(qiáng)度具有與SAC焊錫膏系列合金強(qiáng)度相近的焊點(diǎn)，從而完美的解決元器件與線路板的二次回流無(wú)鉛焊錫膏合金選料問(wèn)題，同樣對(duì)于需要雙面二次回流的線路板，也得到了完美的解決方案。

關(guān)鍵詞
二次回流焊,無(wú)鉛焊錫膏,高強(qiáng)度低溫?zé)o鉛焊料,回流溫度曲線,解決方案

一、二次回流工藝對(duì)無(wú)鉛焊錫膏提出的要求
在微電子與半導(dǎo)體封裝行業(yè)錫膏使用過(guò)程中，許多元器件和線路板都會(huì)遇到二次回流問(wèn)題，即對(duì)芯片或者元器件進(jìn)行封裝焊接后，該元器件要經(jīng)過(guò)第二次回流焊接連接在線路板上；或者線路板單面焊接了一些元器件后，另一面也要焊接其他的元器件，又要進(jìn)行第二次焊接。這帶來(lái)的問(wèn)題是兩次回流焊接的焊錫膏不能是熔點(diǎn)一致的焊錫膏，且要求具有相同或者相近的焊接強(qiáng)度。傳統(tǒng)的二次回流都是采用高鉛的焊錫膏，如Pb92.5Sn5Ag2.5來(lái)焊接，第一次回流焊熔點(diǎn)290-310℃，那么在元器件焊到線路板上的第二次回流時(shí)，無(wú)論是采用行業(yè)內(nèi)常用的無(wú)鉛SAC305焊錫膏、有鉛Sn63Pb37焊錫膏、或者是低溫?zé)o鉛Bi58Sn42焊錫膏，其峰值回流溫度都不會(huì)超過(guò)高鉛焊錫膏Pb92.5Sn5Ag2.5 的熔點(diǎn)290-310℃.這也是在全球焊料無(wú)鉛化已經(jīng)20年的情形下，為什么高鉛焊錫膏仍在某些領(lǐng)域得到豁免的原因。
隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)和穿戴式電子產(chǎn)品日益輕薄小的微型化進(jìn)展，和國(guó)際微電子與半導(dǎo)體封裝行業(yè)對(duì)無(wú)鉛化的要求越來(lái)越高，甚至是軍工行業(yè)，也提出了全產(chǎn)品無(wú)鉛化的呼聲，高鉛焊錫膏產(chǎn)品Pb92.5Sn5Ag2.5的應(yīng)用將逐步受到限制，也就對(duì)無(wú)鉛高溫焊錫膏提出了迫切的要求，成為全球微電子與半導(dǎo)體封裝焊料界關(guān)注的熱點(diǎn)。

二、傳統(tǒng)的二次回流焊無(wú)鉛焊錫膏解決方案及其弊端
由于金屬相圖的約束，可供焊料界選擇的焊錫膏合金種類十分有限，在無(wú)鉛高溫的范圍內(nèi)，目前可提供的合金僅有SnSb 10焊錫膏，熔點(diǎn)（242-255℃）；SnSb5 焊錫膏，熔點(diǎn)（245℃）；BiAgX焊錫膏，熔點(diǎn)（262℃）幾種。但由于金屬銻（Sb）在西方也受到限制，認(rèn)為它是與鉛同類型的對(duì)人體有害的重金屬，故這幾種合金也受到限制，況且SnSb10焊錫膏、SnSb5焊錫膏的熔點(diǎn)只比常用的SAC305焊錫膏或者SAC0307焊錫膏高出20℃不到，又不是共晶合金，具有一定的熔程（固相線和液相線不重合），它們的使用并沒(méi)有得到廣泛的認(rèn)可，BiAgX焊錫膏合金熔點(diǎn)可以達(dá)到262℃，已超過(guò)SAC焊錫膏系列回流峰值點(diǎn)255℃，又是無(wú)鉛焊錫膏，可以滿足二次回流對(duì)焊錫膏的溫度需要，但該合金以金屬鉍為基體，強(qiáng)度低，傳熱性能差，也只能用在某些特定的場(chǎng)合來(lái)滿足二次回流的要求。
如何解決無(wú)鉛焊料二次回流的溫度問(wèn)題，傳統(tǒng)的思路是在合金種類中尋找熔點(diǎn)高于現(xiàn)有SAC焊錫膏系列合金回流峰值溫度的合金，當(dāng)然我們可以找到一個(gè)理想的共晶合金，即Au80Sn20，金錫錫膏熔點(diǎn)為280℃，且具有良好的強(qiáng)度和高可靠性，已被應(yīng)用到高端光電部件和軍工領(lǐng)域，但它高昂的價(jià)格，使其無(wú)法廣泛應(yīng)用于民用消費(fèi)品電子領(lǐng)域。

三、深圳福英達(dá)基于高強(qiáng)度低溫?zé)o鉛焊錫膏提出的二次回流焊錫膏解決方案
深圳市福英達(dá)工業(yè)技術(shù)有限公司基于本公司專利《微米/納米顆粒增強(qiáng)型復(fù)合焊料及其制備方法201711280945.3》開(kāi)發(fā)的低溫高強(qiáng)度焊錫膏合金FL系列，提出了一種全新的微電子與半導(dǎo)體封裝二次回流方案： FL系列低溫高強(qiáng)度焊錫膏合金的回流峰值溫度不超過(guò)200℃，且以錫鉍合金為主的經(jīng)微納米粒子強(qiáng)化的焊點(diǎn)強(qiáng)度可達(dá)到SAC305的80-90%。如圖1所示，不同種類焊錫膏合金焊點(diǎn)的疲勞沖擊強(qiáng)度。

圖1 不同焊錫膏合金焊點(diǎn)的疲勞沖擊強(qiáng)度

我們可以用普通的SAC305焊錫膏或者SAC0307焊錫膏做為元器件封裝的一次回流焊錫膏，回流峰值溫度245-260℃，如圖2，福英達(dá)超微錫膏FTP-305焊錫膏回流曲線，相比高溫焊料Pb92.5Sn5Ag2.5 降低了50℃以上，

圖2 福英達(dá)超微錫膏FTP-305回流曲線

圖3 市場(chǎng)主流高鉛錫膏回流曲線

同時(shí)SAC焊錫膏系列焊料已經(jīng)是業(yè)界使用了20多年成熟合金，其可靠性得到了試驗(yàn)和實(shí)踐。這樣再使用深圳市福英達(dá)工業(yè)技術(shù)有限公司的專利焊錫膏合金FL低溫高強(qiáng)度在共晶錫鉍合金作為第二次回流的焊錫膏合金，回流峰值溫度190-200℃，如圖4，福英達(dá)低溫高強(qiáng)度焊料FL200的回流曲線。這樣就可以得到第二次回流不影響第一次回流形成的焊點(diǎn)溫度，且第二次回流形成的焊點(diǎn)強(qiáng)度具有與SAC焊錫膏系列合金強(qiáng)度相近的焊點(diǎn)，從而完美的解決元器件與線路板的二次回流無(wú)鉛焊錫膏合金選料問(wèn)題，同樣對(duì)于需要雙面二次回流的線路板，也得到了完美的解決方案。

圖4 福英達(dá)低溫高強(qiáng)度焊料FL200回流曲線

總結(jié)：
深圳福英達(dá)基于高強(qiáng)度低溫?zé)o鉛焊錫膏提出的二次回流焊錫膏解決方案，
1）可實(shí)現(xiàn)在較低溫度下完成二次回流；
2）焊錫膏中不使用銻、鉛等有害金屬；
3）實(shí)現(xiàn)與SAC焊錫膏幾乎同等的焊接強(qiáng)度；
4）節(jié)能環(huán)保

立足于創(chuàng)新，接近于實(shí)際，是深圳市福英達(dá)工業(yè)技術(shù)有限公司二次回流焊料方案的特色。

審核編輯 黃宇