无铅焊料合金与焊剂

1、2022-5-11对比63Sn/37PbCompare with 63Sn/37Pb 更高的熔点：高30-40，工艺窗口小； 更高的价格：1.5-4倍； 浸润性差、润湿性差； 设备腐蚀强； 容易氧化； 焊点外观差； 焊点气孔多（特别是有铅无铅混用）； 缺陷多（定位效应差）；lHigher M.P.: up 30-40，Narrow Process Window；lHigher Cost: 1.5-3.0 times；lLower Wetting-ability；lHigher Device Erosion Rate；lOxidized Easily；lBad Joint Appearance;

2、lMore Hole in Joint;lMore Defects；2022-5-12典型无铅焊料合金体系Typical Lead-free Solders Alloy System合金系Alloy System熔化区间Melting Range优点Advantages缺点ShortagesSn-Ag-Cu217综合性能优对不锈钢的溶蚀力强，成本高。Sn-Cu227低成本，综合性能优良。熔点偏高。Sn-Bi139低熔点，低成本。脆性高，易与铅形成低熔点相。Sn-Zn197低熔点，低成本，机械强度优。极易氧化，容易晶界腐蚀。Sn-Ag221综合性能优。对不锈钢熔蚀力强，成本高、熔点偏高。Sn-S

3、b238 综合性能优。熔点太高。2022-5-13通用无铅焊料对比Commercial Lead-free Solder Sn-Ag-Cu Alloy Sn-Cu AlloyM.P. Up 34 Up 44Cost 3.04.0 X 1.51.8 XWetting Low LowerErosion Higher HighOxidized Easier EasyAppearance More Fine Crack Fine Crack/ /More Coarse CoarseApplication Reflow / Wave Wave2022-5-14无铅焊料的改善Lead-free Solde

4、r Improvement 针对无铅焊料的缺点： 1、改善焊料合金通过合金成分调整； 2、新型助焊剂活性与可靠性的结合； 3、新焊接工艺更精确的控制，更多的保证手段；lFocus on the Weakness: 1、Alloy Adjust the Composition； 2、New Flux High Active Combine with High Reliability； 3、ProcessMore accuracy control, More guarantee measure；2022-5-15无铅焊料的改善 Lead-free Solder Improvement针对波峰焊 1

5、、推荐使用Sn-Cu系： Cost/Oxidized/Erosion/Appearance/Reliability； 2、Sn-Cu的改进：加入微量金属Ti进行调质，Sn-Cu-Ti； 3、Sn-Cu-Ti达到的效果： A、设备（尤其是锡槽）的熔蚀作用低； B、熔融状态下的不容易氧化，出渣量低； C、对铜的熔蚀率极低； D、晶粒细密，焊点强度增高，抗蠕变能力增强； E、表面光亮，减少表面微裂纹现象的发生；2022-5-16无铅焊料的改善Lead-free Solder Improvement To Wave Soldering 1、Recommend Sn-Cu Alloy： Cost/Oxi

6、dized/Erosion/Appearance/Reliability； 2、Improve Sn-Cu Alloy：by Ti adding，Sn-Cu-Ti； 3、Improved Effect from Sn-Cu-Ti： A、Lower Erosion Rate to Equipment； B、Lower Oxidized Rate & Dross Rate under Molten State； C、Lower Erosion Rate to Copper ； D、Finer Grain Size，Higher Joint Tensile Strength，Higher c

7、reep-resisting ability； E、Shining Appearance ，little Fine Crack；2022-5-17无铅焊料的改善 Lead-free Solder Improvement Sn-Cu-Ti合金性能 1、M.P. ：227 ； 2、比重：7.3g/cm3； 3、抗拉强度：36M.Pa； 4、延伸率： 25%； 5、电阻率：0.128m； 6、扩展率： 80%； 7、离子迁移：Pass；(85, ,85%RH, 1000hr)lSn-Cu-Ti Alloy Properties 1、M.P. ：227 ； 2、S.G：7.3g/cm3； 3、Tens

8、ile Strength：36M.Pa； 4、Elongation： 25%； 5、Resistance Rate： 0.128m； 6、Spread： 80%； 7、Ions Immigration：Pass；(85, ,85%RH, 1000hr)2022-5-18无铅焊料的改善Lead-free Solder Improvement 设备腐蚀原理： Sn+Fe金属化合物层的锡层；高温冲刷； 材质与腐蚀： 304316 镀层（N化）Ti合金Ti 主要腐蚀部位： 喷嘴、导流槽、搅拌桨 腐蚀对比： SAC SC SCN SCT(255下，500转/min，半年，称失重18g 16g 15g 8

9、g。)lEroded Theory of Facility： Sn+Fe IMC Layer；High Temp. Wash；lMaterials & Eroded： 304316 Coating（Nitride Layer）Ti Alloy TilMain Eroded Parts： nozzle/launder/stirrerlEroded difference： SAC SC SCNSCT(255，500r/min，Half Year，Lost Weight18g 16g 15g 8g。)2022-5-19无铅焊料的改善 Lead-free Solder Improvement

10、Sn-Cu-Ti的熔铜速率对比：温 度 在 Dip为 3时 对 蚀 铜 的 影 响00.0050.010.0150.020.025温 度 （ T）蚀铜厚度（mm)SCTSACSCNSCT0.0020.0070.0090.015SAC0.0050.0130.0160.023SCN0.010.0140.020.0222502803203602022-5-110无铅焊料的改善Lead-free Solder Improvement Sn-Cu-Ti的金相对比：基体为-Sn,白色条/块状为Sn-Cu化合物Sn-Cu-Ti Sn-Cu2022-5-111无铅焊料的改善 Lead-free Solder

11、Improvement Sn-Cu-Ti的外观对比：2022-5-112无铅焊料的改善 Lead-free Solder Improvement Sn-Cu-Ti的出渣量对比：锡渣生成速率来源两个部分的影响锡渣生成速率来源两个部分的影响: 1 Sn的氧化形成锡渣的氧化形成锡渣(Sn-O) 2 铜含量超过其合金系的铜含量超过其合金系的 饱和状态饱和状态,多余部分沉多余部分沉 积析出产生锡渣积析出产生锡渣(Sn5Cu6)2022-5-113无铅焊料的改善 Lead-free Solder Improvement Ti的作用原理： 1、Ti原子晶核晶粒细化表面光亮/强度提高/提高抗蠕变性能提高焊点的

12、可靠性； 2、Ti形成钛酸盐离子，在液态无铅焊料表面富集，形成极薄的一层膜，隔绝空气与无铅焊料接触；同时，Ti是活泼金属，一定程度上可以提高无铅焊锡的可焊性；lTi Working Theory： 1、Ti as Cored Fine Grain Shining Appearance/ Improve Tensile Strength/ Improve Creep ResistanceImprove the Reliability of Joints； 2、On the molten lead-free solder surface is enriched with Ti Salt Ions.

13、 They form a thin film and isolate the solder from air；As a active metal, Ti can improve the wetting ability of lead-free solder.2022-5-114无铅波峰焊工艺曲线Profile of Lead-free Wave Soldering无无铅铅波波峰峰钎钎焊焊温温度度曲曲线线L Le ea ad d- -f fr re ee e W Wa av ve e- -s so ol ld de er ri in ng g P Pr ro of fi il le e0 0.

14、.0 05 50 0. .0 01 10 00 0. .0 01 15 50 0. .0 02 20 00 0. .0 02 25 50 0. .0 03 30 00 0. .0 00 08 81 16 62 24 43 32 24 40 04 48 85 56 66 64 47 72 28 80 08 88 89 96 61 10 04 41 11 12 21 12 20 01 12 28 81 13 36 6时时间间/ /T Ti im me e( (/ /s se ec c) )温温度度/ /T Te em mp p( (）探探头头/ /S Se en ns so or r 1 1探探头

15、头/ /S Se en ns so or r 2 2无铅波峰焊温度曲线Lead-free Wave-soldering Profile(Sn-Cu-Ti, 1100mm/min)2022-5-115Sn-Cu-Ti的波峰焊工艺参数Parameter of Sn-Cu-Ti Wave SolderinglSn-Cu-Ti 波峰焊工艺1、锡缸温度（）:245-2702、预热区长度（mm）: 1600-18003、预热温度（）: 第一段100-120； 第二段：120-1504、板速度（mm/min）:1100-14005、波间温度落差（）： 706、过锡总时间(s)： 2-5lSn-Cu-Ti W

16、ave Soldering Process1、Solder Temp.(): 245-2702、Preheat Zone(mm): 1600-18003、Preheat Temp.(): First 100-120 Second 120-1504、Convey Speed (mm/min): 1100-14005、T Drop Between Two Peak (): 706、Soldering Time (s): 2-52022-5-116无铅焊料的改善 Lead-free Solder Improvement 针对Sn-Ag-Cu焊锡膏： 1、降低成本 减少 Ag含量； 2、降低M.P.

17、加入 Bi(3%) /In； 3、改善晶粒尺寸及晶格结构 加入微量元素调质，Re/Ce； Sn-1.0Ag-0.7Cu-3.0Bi（Ce、Ti、Rare Earths）lSn-Ag-Cu Solder Paste：1、Reduce Cost By Less Ag；2、Reduce M.P. By Adding Bi/In；3、Improve Grain Size & Structure By Adding Alloy Element, Re/Ce； Sn-1.0Ag-0.7Cu-3.0Bi （Ce、Ti、Rare Earths）2022-5-117无铅焊料的改善 Lead-free S

18、older Improvement Sn-Ag-Cu-Bi合金性能1、M.P. ：209212 ； 2、比重：7.6g/cm3； 3、抗拉强度：70M.Pa； 4、延伸率： 20%； 5、电阻率：0.148m； 6、扩展率： 75%； 7、离子迁移：Pass；(65, ,88%RH, 1000hr) lSn-Ag-Cu-Bi Alloy Properties1、M.P. ： 209212 ； 2、S.G：7.6g/cm3； 3、Tensile Strength：70M.Pa； 4、Elongation： 20%； 5、Resistance Rate: 0.148m; 6、Spread： 75%

19、； 7、Electrochemical Migration：Pass； (65, ,88%RH, 1000hr)2022-5-118无铅焊料的改善 Lead-free Solder Improvement Sn-1.0Ag-0.7Cu-3.0Bi回流曲线：2022-5-119无铅焊料的改善 Lead-free Solder Improvement Sn-1.0Ag-0.7Cu-3.0Bi可靠性测试 Reliability Test： -45120 1000cycle 1 hour/cycle2022-5-120无铅焊料的改善 Lead-free Solder Improvement 侧推试验：

20、 锡须测试： 条件： -25120 , 1000 cycle, 1 cycle/hour Pass 绝缘电阻： 条件: 40, 90%, 168h 1011lChip Joint Shear Test:lTin Whisker Test: Condition: -25120 , 1000 cycle, 1 cycle/hour PasslS.I.R.: Condition: 40, 90%, 168h 10112022-5-121无铅焊料助焊剂的研发R & D on Lead-free Solder Flux新工艺要求新型的焊剂： 1、高的预热温度： 合理的溶剂挥发温度，合适的中温活性； 2、高的反应温度： 更高的活化温度要求新型的活化剂； 3、合适的活性： 保证理想焊接效果的同时尽量低的危害； 4、高的可靠性：高的焊后S.I.R