有铅焊料与无铅PBGA、CSP混装
发布时间:2014/5/28 20:51:51 访问次数:896
有铅焊料与无铅PBGA、CSP混装时,如果采OP07CP用有铅焊料的温度曲线,焊点连接町靠性是最差的。这是由于有铅焊料与无铅焊球的熔点不相同,有铅焊料熔点低先熔,而无铅焊球不能完全熔化,容易造成PBGA、CSP一侧焊点失效的缘故。
图20-5是有铅焊料与无铅焊球混用示意图。从图中看出,无铅PBGA、CSP的焊球…般是Sn-Ag-Cu合金,熔点217℃,Sn-37Pb捍料的熔点183℃,如果采用Sn-37Pb焊料的温度曲线, 一般峰值温度在210~230℃。假设峰值温度为220℃,再流焊时,当温度上升到183℃时印在焊盘上的Sn-37Pb焊膏开始熔化,此时无铅PBGA的Sn-Ag-Cu焊球还没有熔化;当温度上升到220℃时,按照有铅工艺就要开始降温、结束焊接了,此时无铅焊球刚刚熔化。虽然Sn-Ag-Cu合金标称的熔点为217℃,但实际上Sn-Ag-Cu合并不是真正的共晶合金,固相线与液相线的温度范围是216~220℃,因此,有铅工艺冷却凝固结束焊接的温度恰好是无铅Sn-Ag-Cu焊球刚刚熔化之时,并处于固、液相共存的浆糊状态。焊球熔化时由于器件重力作用开始下沉,在器件下沉过程中稍有振动或PCB微量变形,便使PBGA、CSP元件一侧原来的焊接界面结构遭破坏,又不能形成新的界面合金层,最终造成PBGA、CSP -侧焊点失效,如图20-6所示。因此有铅焊料与无铅焊球混用时,采用有铅焊接工艺的质量最差。
图20-5 有铅焊料与无铅焊球混用示意图
解决上述问题的措施如下。
①有铅、无铅混用必须注意材料的相容性,
②通过提高焊接温度的方法解决。
图20-6 PBGA、CSP在元件一侧的界面失效加强无铅生产物料管理。
必须提高焊接温度到235 0C左右,使器件一侧的焊球实现二次回流,使器件一侧的焊球合金充分熔化,在焊球与器件的焊盘之间生成新的金属间化合物,形成良好的电气与机械连接。
③由于提高了10~15℃焊接温度,还要注意其他有铅元件能否承受高温。
④从第18章18.2.2节3.(3)以及图18-14中了解到,焊接温度过高、时间过长,容易形成富Pb层。Cu6Sn5和富Pb层之间的界面结合力非常脆弱,当受到温度、振动等冲击,就会在焊接界面处发生裂纹,甚至造成焊点失效。高温还可能损坏元件和印制板。因此,混装焊接与无铅焊接一样,应尽量避免温度过高、多次焊接。
有铅焊料与无铅PBGA、CSP混装时,如果采OP07CP用有铅焊料的温度曲线,焊点连接町靠性是最差的。这是由于有铅焊料与无铅焊球的熔点不相同,有铅焊料熔点低先熔,而无铅焊球不能完全熔化,容易造成PBGA、CSP一侧焊点失效的缘故。
图20-5是有铅焊料与无铅焊球混用示意图。从图中看出,无铅PBGA、CSP的焊球…般是Sn-Ag-Cu合金,熔点217℃,Sn-37Pb捍料的熔点183℃,如果采用Sn-37Pb焊料的温度曲线, 一般峰值温度在210~230℃。假设峰值温度为220℃,再流焊时,当温度上升到183℃时印在焊盘上的Sn-37Pb焊膏开始熔化,此时无铅PBGA的Sn-Ag-Cu焊球还没有熔化;当温度上升到220℃时,按照有铅工艺就要开始降温、结束焊接了,此时无铅焊球刚刚熔化。虽然Sn-Ag-Cu合金标称的熔点为217℃,但实际上Sn-Ag-Cu合并不是真正的共晶合金,固相线与液相线的温度范围是216~220℃,因此,有铅工艺冷却凝固结束焊接的温度恰好是无铅Sn-Ag-Cu焊球刚刚熔化之时,并处于固、液相共存的浆糊状态。焊球熔化时由于器件重力作用开始下沉,在器件下沉过程中稍有振动或PCB微量变形,便使PBGA、CSP元件一侧原来的焊接界面结构遭破坏,又不能形成新的界面合金层,最终造成PBGA、CSP -侧焊点失效,如图20-6所示。因此有铅焊料与无铅焊球混用时,采用有铅焊接工艺的质量最差。
图20-5 有铅焊料与无铅焊球混用示意图
解决上述问题的措施如下。
①有铅、无铅混用必须注意材料的相容性,
②通过提高焊接温度的方法解决。
图20-6 PBGA、CSP在元件一侧的界面失效加强无铅生产物料管理。
必须提高焊接温度到235 0C左右,使器件一侧的焊球实现二次回流,使器件一侧的焊球合金充分熔化,在焊球与器件的焊盘之间生成新的金属间化合物,形成良好的电气与机械连接。
③由于提高了10~15℃焊接温度,还要注意其他有铅元件能否承受高温。
④从第18章18.2.2节3.(3)以及图18-14中了解到,焊接温度过高、时间过长,容易形成富Pb层。Cu6Sn5和富Pb层之间的界面结合力非常脆弱,当受到温度、振动等冲击,就会在焊接界面处发生裂纹,甚至造成焊点失效。高温还可能损坏元件和印制板。因此,混装焊接与无铅焊接一样,应尽量避免温度过高、多次焊接。