第二部分：器件焊点无铅材料和工艺的详细分析

第二部分：无铅材料和工艺的详细分析我知道了e 焊接端子

在电子设备制造领域，无铅焊料端子代表着一个重要的发展趋势。器件中铅的使用范围不仅限于引线或焊料端子，还包括芯片组装等内部工艺。然而，本文主要讨论直接影响器件的二级组装技术。射频表面贴装技术 (SMT) 用户，即器件的裸露焊点和引脚部分。

设备供应商在处理无铅焊料端子时主要采用两种方法。一种是锡基合金，例如纯锡 (Sn)、锡铜 (SnCu)、锡铋 (SnBi) 等。另一种是无锡合金，例如镍金 (Ni/Au)、钯镍 (PdNi)、钯 (Pd) 等。

许多技术上可行的材料已被不同程度地采用，包括纯锡（100%）、锡铜（SnCu）、镍金（Ni/Au）、银钯（AgPd）、锡银（SnAg）、锡铋（SnBi）、镍钯（Ni/Pd）、钯（Pd）、银（Ag）、锡锌（SnZn）、镍钯金（Ni/Pd/Au）、金（Au）、银铂（AgPt）、锡铟（SnIn）和SAC。然而，并非所有材料都同样受欢迎。从供应角度来看，西方工业界和日本在材料偏好方面存在显著差异。

西方供应商倾向于使用100%纯锡（主要是哑光锡），而日本则偏爱锡铋合金。约80%的西方供应商提供100%纯锡作为主要电镀材料，而约86%的日本供应商选择锡铋合金。此外，其他常用的焊盘电镀材料按受欢迎程度排序依次为：锡铜合金、镍钯合金、镍钯金合金、镍金合金、锡银合金和SAC合金。

2002 年一项针对西方用户的大规模调查揭示了这些趋势。就性能而言，100% 锡最接近传统的锡铅 (SnPb) 合金，并且在无铅材料中成本相对较低，因此在西方很受欢迎。然而，其主要问题包括潜在的晶须形成风险和金属间化合物 (IMC) 的快速生长。尽管在处理这些问题方面积累了丰富的经验，但由于对潜在机制的理解尚不完全，仍然存在一些不确定性。

SAC、SnBi 和 Ni/Pd/Au 的性能也不错，但 Ni/Pd/Au 由于含有钯和金，价格昂贵且稀缺。SnBi 由于铅污染风险高，在西方市场不被接受。Ni/Au 的润湿性略逊于 Ni/Pd/Au，但实际应用经验更丰富。然而，其成本是许多客户难以接受的因素。

SAC合金（成分多样）广泛应用于球形焊盘器件，例如BGA和CSP。全球超过70%的供应商选择SAC作为焊盘材料。这是因为采用此类焊盘设计的封装通常工艺难度较高，选择与焊料相同或非常接近的材料可以降低工艺偏差。然而，值得注意的是，并非所有用户都采用SAC合金焊料，而且即使是同一种焊料也可能导致某些工艺质量问题（例如气孔）。

关于各种常用电镀工艺的特点：

100% Sn： 纯锡具有诸多优势。在无铅材料中，其润湿性更佳，加工性能接近锡铅合金。焊点的可靠性甚至可能超过锡铅合金。纯锡不存在铅污染问题，且电镀工艺稳定，无需控制合金成分。锡储量丰富，成本相对较低（实际上与锡铅合金的成本非常接近）。然而，纯锡电镀也存在一些质量问题，例如晶须、锡虫和金属间化合物（IMC）快速生长。尽管业内普遍认为使用哑光锡可以控制晶须问题，但其潜在机制和控制方法尚未完全阐明。

SnBi： 这是日本工业界最常用的材料。它具有良好的焊接加工性能、广泛的实际应用和生产经验，以及较长的焊点寿命（与锡铅合金相当或略高）。然而，锡铋合金存在铅污染风险较高（由于质量不稳定），需要严格控制电镀工艺（从而增加电镀成本），且难以回收（符合WEEE要求的成本很高）。此外，在波峰焊中，铋会污染锡槽，增加焊盘或焊点剥落的风险。由于低熔点金属间化合物（IMC）存在问题（在高温应用中存在风险），汽车行业不接受这种电镀工艺。

SnCu： 常用的锡合金是Sn0.7Cu，主要原因是其成本低（比SnPb高约20%）且与波峰焊合金兼容。然而，由于锡含量高，这种材料也存在纯锡的一些问题，例如锡须、锡虫和金属间化合物（IMC）的生长。铜的成分对熔点温度非常敏感，因此在加工过程中需要严格控制铜的成分，以避免导致工艺质量不稳定。

Ni/Pd 和 Ni/Pd/Au： 这些材料拥有悠久的实际应用和制造经验（自 1989 年起），保质期长（测试报告显示可达 8 年），润湿性和抗拉强度良好（优于锡铅合金）。然而，钯是一种天然稀缺材料，成本高昂，且由于腐蚀问题，不适用于 42 合金引线。此外，引线成型后，弯曲处容易出现裂纹（尽管据报道新的制造工艺可以避免这个问题）。镍层能有效防止铜渗入锡层，从而防止因金属间化合物和金属迁移引起的焊点气孔问题，这些问题会影响焊点的使用寿命。

是/或： 镍/金合金也是一种应用经验丰富的材料，具有良好的保质期和润湿性。然而，其可靠性差异很大，关键在于控制镀层厚度。镀层过薄会缩短保质期，而镀层过厚则会影响接头的可靠性。此外，镍/金合金技术的高成本也是制约其广泛应用的一个因素。

SnAg： Sn3.5Ag合金是一种常用的镀层材料。该材料应用广泛，可靠性高，且具有较长的应用历史。然而，Ag的含量会显著影响熔点，因此在电镀过程中需要严格控制合金成分。此外，该电镀工艺复杂，且对环境要求较高。SnAg的润湿性不如SnPb，在本文介绍的常用无铅电镀材料中属于较差的选择。因此，外观检验标准需要有所区别。

SAC： 这种材料广泛应用于BGA焊盘，似乎已成为行业标准。由于BGA封装设计对焊接工艺要求较高，因此采用性能最接近焊料合金的材料具有优势。目前，大多数研究机构、国际标准组织、供应商和用户都倾向于将SAC作为未来回流焊的主流合金。然而，在BGA上使用SAC并非没有问题。例如，它的熔点与焊膏合金相同，这提高了对回流焊温度曲线和焊膏配方的要求。此外，在技术过渡时期，如果BGA供应商已经转向使用SAC材料，而用户尚未进入无铅时代（仍然使用SnPb焊膏），那么在传统的SnPb焊接温度下，SAC焊盘可能难以形成良好的焊点。

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