摘要：阐述了冷却速率对无铅再流焊质量影响的研究现状，总结了冷速对无铅钎料以及smt焊点可靠性的影响。研究现状表明快速冷却有助于减少焊接缺陷，提高焊点可靠性。
关键词：冷却速率，无铅钎料，回流炉，快速冷却，焊点可靠性 中图分类号：tg454 文献标识码：b 文章编号：1004－4507（2005）12－0034－06 随着电子行业有铅钎料禁用期限日益临近，国内的制造企业包括原始设备厂商和电子制造厂商都已开始着手导入适于自身产品的无铅制程。通过几年来的努力，国内企业已经积累了较为丰富的经验，在焊膏方面，sn－ag和sn－ag－cu系已经广为应用，供应商们仍在努力研究，相信更优性能更低成本地助焊剂和焊膏将会陆续出现；在设备方面，无铅制程中受影响最多的回流焊机通过在加热模块、氮气保护、助焊剂回收管理、智能控制等方面的开发逐渐适应了无铅；工艺方面，通过制程优化和精确的温度控制，缺陷已经大为减少，成品率和焊点可靠性逐渐得到提高。 由于无铅焊膏自身特性带来的一些新问题如竖碑、表面裂纹、锡须等等仍未能彻底解决。与此同时，无铅焊接工艺中的冷却速率也逐渐引起人们的关注。因为： （1）无铅焊接温度升高，pcb组装板出炉温度高。需要可靠的冷却手段降低出炉温度。
（2）焊点钎料液相线以上时间必须加以控制，以减少钎料和焊盘的反应时间，防止脆性的金属间化合物生长过厚，影响接头强度。 （3）无铅焊点表面发黑，改变冷速可以改变焊点光亮。 但是，冷却速率并非越快越好，过大的冷速又会导致应力集中，出现元件破裂和pcb翘屈等缺陷。且焊点在钎料、pcb组件密度和尺寸、焊盘材料等诸因素时对冷速率要求也不尽相同，工艺人员制定温度曲线时多凭经验，没有较为深刻的认识。本文从无铅钎料、焊接工艺、回流炉冷却模块等方面阐述冷却速率在smt组装中的应用现状。 1 冷却对无铅钎料的影响 当前无铅钎料市场主流是sn－ag、sn－cu以及sn－ag－cu系合金。对于无铅再流焊用钎料，日本jeitia推荐sn－3ag－0.5cu和sn－3.5ag－0.7cu，美国nemi推荐sn－3.9ag－0.6cu，欧洲机构则倾向于sn－3.8ag－0.7cu。 sn－ag－cu系无铅焊料具有固有的微观组织、优良的机械特性和焊点使用可靠性，其在共晶点附近的组织为sn＋ag3sn＋cu6sn5。从图1合金的金相照片可以看出，照片中白色基体为β－sn，黑色粒子为ag3sn和cu6sn5相。sn和ag大致上不固溶，ag3sn很稳定，一旦形成，高温放置时也不易粗化，是一种耐热性好的焊料。在反应界面会形成扇贝状cu6sn5金属间化合物。随着反应的进行，由于cu6sn5与铜板接触，开始和cu反应，生产cu3sn层状金属间化合物。 在机械性能方面，由图2可以看到，sn－ag和sn－ag－cu系合金在低温和室温两种条件下的拉伸强度和延伸率都达到或超过sn－pb共晶钎料。 1.1 冷却对微观组织的影响 f.ochoa等人研究了冷速对sn－3.5ag的作用，冷却速度测量区间为峰值温度到150℃，他认为对于sn－3.5ag，该温度以下，微观结构较少变化，不必要继续冷却，所得微观组织如图3所示，图3（a）冷水淬火，冷速24℃/s。该冷速为快冷，导致非平衡相固化，生长出较细的富锡枝状晶，周围是富sn基体中的球状颗粒ag3sn；图3（b）为0.5℃/s冷却，也会导致非平衡固化，但微观结构为较粗大的富锡枝状晶，共晶的富sn基体中的球状颗粒ag3sn也相对较大。富锡相和共晶带的颗粒尺寸都随冷速增加而减小。这表明：快冷可以减小原子扩散时间，细化微观组织。 此外，冷速还影响金属间化合物ag3sn的尺寸和形态。快速冷却提高形核率但是抑制了ag3sn的生长，使ag3sn呈球状颗粒并且在富锡相基体中弥散分布形成共晶带。 对于sn－ag－cu系铸造态合金，冷却速率的影响与sn－ag系类似。k.s.kim[3]等人研究表明， β－sn颗粒被细小的共晶网络状结构所包围，共晶网络快冷时较慢冷时细小，所有的慢冷件都出现粗大共晶微
（1、哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点试验室，黑龙江，哈尔滨150001；2、日东电子科技（深圳）有限公司，广东，深圳 518103） |
摘要：阐述了冷却速率对无铅再流焊质量影响的研究现状，总结了冷速对无铅钎料以及smt焊点可靠性的影响。研究现状表明快速冷却有助于减少焊接缺陷，提高焊点可靠性。
关键词：冷却速率，无铅钎料，回流炉，快速冷却，焊点可靠性 中图分类号：tg454 文献标识码：b 文章编号：1004－4507（2005）12－0034－06 随着电子行业有铅钎料禁用期限日益临近，国内的制造企业包括原始设备厂商和电子制造厂商都已开始着手导入适于自身产品的无铅制程。通过几年来的努力，国内企业已经积累了较为丰富的经验，在焊膏方面，sn－ag和sn－ag－cu系已经广为应用，供应商们仍在努力研究，相信更优性能更低成本地助焊剂和焊膏将会陆续出现；在设备方面，无铅制程中受影响最多的回流焊机通过在加热模块、氮气保护、助焊剂回收管理、智能控制等方面的开发逐渐适应了无铅；工艺方面，通过制程优化和精确的温度控制，缺陷已经大为减少，成品率和焊点可靠性逐渐得到提高。 由于无铅焊膏自身特性带来的一些新问题如竖碑、表面裂纹、锡须等等仍未能彻底解决。与此同时，无铅焊接工艺中的冷却速率也逐渐引起人们的关注。因为： （1）无铅焊接温度升高，pcb组装板出炉温度高。需要可靠的冷却手段降低出炉温度。
（2）焊点钎料液相线以上时间必须加以控制，以减少钎料和焊盘的反应时间，防止脆性的金属间化合物生长过厚，影响接头强度。 （3）无铅焊点表面发黑，改变冷速可以改变焊点光亮。 但是，冷却速率并非越快越好，过大的冷速又会导致应力集中，出现元件破裂和pcb翘屈等缺陷。且焊点在钎料、pcb组件密度和尺寸、焊盘材料等诸因素时对冷速率要求也不尽相同，工艺人员制定温度曲线时多凭经验，没有较为深刻的认识。本文从无铅钎料、焊接工艺、回流炉冷却模块等方面阐述冷却速率在smt组装中的应用现状。 1 冷却对无铅钎料的影响 当前无铅钎料市场主流是sn－ag、sn－cu以及sn－ag－cu系合金。对于无铅再流焊用钎料，日本jeitia推荐sn－3ag－0.5cu和sn－3.5ag－0.7cu，美国nemi推荐sn－3.9ag－0.6cu，欧洲机构则倾向于sn－3.8ag－0.7cu。 sn－ag－cu系无铅焊料具有固有的微观组织、优良的机械特性和焊点使用可靠性，其在共晶点附近的组织为sn＋ag3sn＋cu6sn5。从图1合金的金相照片可以看出，照片中白色基体为β－sn，黑色粒子为ag3sn和cu6sn5相。sn和ag大致上不固溶，ag3sn很稳定，一旦形成，高温放置时也不易粗化，是一种耐热性好的焊料。在反应界面会形成扇贝状cu6sn5金属间化合物。随着反应的进行，由于cu6sn5与铜板接触，开始和cu反应，生产cu3sn层状金属间化合物。 在机械性能方面，由图2可以看到，sn－ag和sn－ag－cu系合金在低温和室温两种条件下的拉伸强度和延伸率都达到或超过sn－pb共晶钎料。 1.1 冷却对微观组织的影响 f.ochoa等人研究了冷速对sn－3.5ag的作用，冷却速度测量区间为峰值温度到150℃，他认为对于sn－3.5ag，该温度以下，微观结构较少变化，不必要继续冷却，所得微观组织如图3所示，图3（a）冷水淬火，冷速24℃/s。该冷速为快冷，导致非平衡相固化，生长出较细的富锡枝状晶，周围是富sn基体中的球状颗粒ag3sn；图3（b）为0.5℃/s冷却，也会导致非平衡固化，但微观结构为较粗大的富锡枝状晶，共晶的富sn基体中的球状颗粒ag3sn也相对较大。富锡相和共晶带的颗粒尺寸都随冷速增加而减小。这表明：快冷可以减小原子扩散时间，细化微观组织。 此外，冷速还影响金属间化合物ag3sn的尺寸和形态。快速冷却提高形核率但是抑制了ag3sn的生长，使ag3sn呈球状颗粒并且在富锡相基体中弥散分布形成共晶带。 对于sn－ag－cu系铸造态合金，冷却速率的影响与sn－ag系类似。k.s.kim[3]等人研究表明， β－sn颗粒被细小的共晶网络状结构所包围，共晶网络快冷时较慢冷时细小，所有的慢冷件都出现粗大共晶微
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