电子焊接材料的性价比

1电子焊接材料的性价比报告人：马鑫博士深圳市亿铖达工业有限公司2概要•性价比概念及无铅焊料的低银化趋势•低银化无铅焊料的性能与应用推荐•结论3无铅焊料的低银化趋势SAC305，即Sn-3.0Ag-0.5Cu合金，是第一代无铅焊料合金的典型代表SAC305合金的综合性能良好，但是由于Ag含量高达3%，随着Sn和Ag价格的飞涨，其成本劣势日益明显4无铅焊料的低银化趋势背景：（1）电子制造业界已经掌握无铅制程，不必再盲从（2）竞争的加剧迫切需要降低成本核心思想：COSTDOWN，寻求性价比更高的无铅焊料性价比的概念：（1）不要求最好的性能，适用即可；（2）在（1）的前提下，成本仅可能最低5无铅焊料的低银化趋势提高无铅焊料性价比的思路：降低SAC合金中的Ag含量注：Ag元素在焊料合金体系中的存在有其特殊意义。（1）Ag元素有助于提高焊料的润湿性能；（2）Ag元素实际以Ag-Sn金属间化合物形式弥散分布于基体，有助于对Sn基体的弥散强化，进而保证焊料及其所形成的焊点具备足够的强度6无铅焊料的低银化趋势典型Sn-Ag-Cu合金显微组织7低银化无铅焊料典型代表：Sn-0.3/0.5Ag-0.7Cu用于波峰焊/手工烙铁焊已经成为业界主流Sn-1.0Ag-0.5/0.7Cu用于回流焊8（1）熔化温度范围（2）润湿性（3）Cu溶解性低银化无铅焊料的基本物性成分测试直读光谱仪(德国Spectro)熔化温度测试差热分析仪(美国TA)可焊性测试可焊性测试仪(日本RHESCA)9低银无铅焊料的熔化温度范围典型差热分析曲线10Sn-xAg-0.7Cu合金熔化温度范围217-227oC低银无铅焊料的熔化温度范围Ag含量大于0.3wt.%时，SAC合金的熔化温度范围在217-227oC之间，足以满足现有无铅波峰焊/回流焊工艺要求11低银无铅焊料的润湿性能润湿平衡法原理图ANSI/J-STD-002B,IEC60068-2-58,MIL-STD-202G12(1)添加Ag可以明显改善焊料合金润湿性，而且数据一致性很好。(2)不含Ag的Sn-Cu或Sn-Cu-Ni焊料合金的润湿性较差，且数据一致性不好低银无铅焊料的润湿性能13通孔贯穿率试验条件：基板预热100°C，5min；焊接温度260°C，3sec(1)需要通孔贯穿的组装件，强烈推荐使用含Ag的无铅焊料(2)针对波峰焊应用，从性价比角度出发，0.5wt.%Ag含量是最佳选择低银无铅焊料的润湿性能14考虑回流焊的温度曲线适应性，对比不同温度下润湿时间的差异含Ag的无铅焊料的润湿性受温度影响更小对于回流焊而言，1.0wt.%Ag含量是性价比更好的选择低银无铅焊料的润湿性能15低银无铅焊料的Cu溶解率低Ag含量的焊料合金的Cu溶解率显著低于高Ag合金16小结针对波峰焊应用，优先推荐Sn-0.5Ag-0.7Cu低银无铅焊料，其性价比最高。如果实在需要进一步降低成本，可考虑Sn-0.3Ag-0.7Cu合金针对回流焊应用，推荐Sn-1.0Ag-0.5/0.7Cu低银无铅焊料，其性价比最高17关于可靠性（1）SAC0507无铅焊料波峰焊焊点的可靠性（2）SAC105无铅焊料回流焊焊点的可靠性[注：相关数据感谢美国Indium公司的分享，亿铖达与Indium公司为合作伙伴关系]注：相对而言，回流焊焊点由于其结构形式，对于可靠性要求更高18SAC0507无铅焊料波峰焊焊点的可靠性典型家电产品双面贴片插件板19SAC0507无铅焊料波峰焊焊点的可靠性典型家电产品双面贴片插件板20SAC0507无铅焊料波峰焊焊点的可靠性焊点切片表明良好焊接21温度冲击试验(JESD22-A104)：-25∼105oC,socktime:15min,500cycles试验后未发现焊点存在开裂现象SAC0507无铅焊料波峰焊焊点的可靠性22温度循环试验(IPC-9701)：-25°C,10min∼105oC,10min;10°C/min,500cycles试验后未发现焊点存在开裂现象SAC0507无铅焊料波峰焊焊点的可靠性23随机振动试验(ANSI/EIA-364-28D)：加速度谱值：5Hz∼1000Hz;总均方根值：1.9935GRMS;方向：X,Y,Z三方向;时间：每方向2h,共6h试验后未发现焊点开裂、元器件脱落等异常现象SAC0507无铅焊料波峰焊焊点的可靠性24SAC105/305无铅焊料合金显微组织对比SAC105SAC305与SAC305相比，SAC105合金的显微组织中Ag3Sn金属间化合物相减少，因此合金自身强度降低，但韧性提高25SAC105/305合金拉伸力学性能对比R1=7.5×10-4sec-1；R2=4.17×10-3sec-1；R3=3.33×10-2sec-1应变速率越大，SAC105合金的韧性（延伸率）优势越明显26SAC105无铅焊料回流焊焊点的可靠性1500G（1）JEDECDropTest(JESD22-B111)—Failwhen1000ohms注：后续图表中出现的Mn表示其合金成分为SAC105+微量Mn元素，此合金成分为Indium公司与亿铖达经过cross-license的专利成分27SAC105无铅焊料回流焊焊点的可靠性1.00500.0010.00100.001.005.0010.0050.0090.0099.000.50.60.70.80.91.01.21.41.62.03.06.0βηReliaSoft'sWeibull++6.0-www.Weibull.comProbability-WeibullTime,(t)Unreliability,F(t)2009/2/2309:44CompanyCKWeibullSAC105W2RRX-SRMMEDF=10/S=5β1=1.3445,η1=120.8883,ρ=0.9522SAC305W2RRX-SRMMEDF=10/S=5β2=1.0630,η2=58.8388,ρ=0.9259SACCeW2RRX-SRMMEDF=10/S=5β3=1.2543,η3=202.1372,ρ=0.9713SACMnW2RRX-SRMMEDF=11/S=4β4=2.1771,η4=179.1749,ρ=0.9740SnPbW2RRX-SRMMEDF=10/S=5β5=3.5833,η5=139.7357,ρ=0.9639Mn305105SnPb与传统的SnPb焊料相比，跌落性能差是SAC305合金的最大弱点SAC105合金的跌落性能已经接近于传统的SnPb合金28SAC105无铅焊料回流焊焊点的可靠性（2）ThermalCyclingTest-40/125oC42min/cycle,ramp11min,dwell10minFailwhen20%Resistanceincrease29SAC105无铅焊料回流焊焊点的可靠性100.005000.001000.001.005.0010.0050.0090.0099.000.50.60.70.80.91.01.21.41.62.03.06.0βηReliaSoft'sWeibull++6.0-www.Weibull.comProbability-WeibullTime,(t)Unreliability,F(t)2009/2/1617:54CompanyCKWeibullSAC105W2RRX-SRMMEDF=13/S=2SAC305W2RRX-SRMMEDF=15/S=0SACCeW2RRX-SRMMEDF=15/S=0SACMnW2RRX-SRMMEDF=14/S=0SnPbW2RRX-SRMMEDF=14/S=1Mn305105SnPb虽然SAC105合金的热疲劳可靠性略差于SAC305合金，但是明显优于传统的SnPb合金，这也印证了性价比概念的重要性30SAC105无铅焊料回流焊焊点的可靠性（3）CyclicBendingTest--1Hz/2mm--PasteSAC387--Failwhen1000ohms31SAC105无铅焊料回流焊焊点的可靠性Mn305105SnPb虽然SAC105合金的循环弯曲可靠性差于SAC305合金，但是明显优于传统的SnPb合金，这也再一次印证了性价比概念的重要性32结论无铅早已经不再神秘，我们要以更科学的态度去看待降低成本、追求更高的性价比是必然针对波峰焊，首先推荐SAC0507合金，其次推荐SAC0307合金针对回流焊，推荐SAC105合金33