无铅焊点可靠性问题分析及测试方法

合金系列，合金中银所占比例为3．0％～4.7％，铜为0．5％-3.0％。不同成分的合金熔点相差不大，基本上在217℃-221℃之间，而锡铅合金（63％的锡和37％的铅）的液相温度是183℃，两者相差34℃。

　　因此严密监控再流工艺中的关键变量，如峰值温度、高于液相温度的时间、浸渍时间、浸渍温度以及由于选择焊剂和焊膏而引起的斜坡速率，以确保再流焊过程保持1．33或高于1．33的Cpk。另外需注意的一点是含Bi无铅焊料的使用问题。研究发现，含Bi焊料与Sn-Pb涂层的器件接触时，回流焊后会生成Sn-Pb-Bi共晶合金，熔点只有99．6℃，极易导致焊接部位开裂的发生。因此对含Bi无铅焊料的使用需注意器件涂层是否为Sn-Pb涂层。

　　另外，关于无铅焊接工艺中出现的空洞问题14，15］。空洞是互连焊点在回流焊接中常见的一种缺陷，在BGA／CSP等器件上表现得尤为突出。由于空洞的大小、位置、所占比例以及测量方面的差异性较大，至今对空洞水平的安全性评估仍未统一。有经验的工程师习惯将无较大空洞（小尺寸的空洞体积之和不超过焊点体积的0．5％）、空洞比例低于15％～20％，且不集中于连接处的空洞归于回流焊接中常见的一种缺陷，并认为是可以接受的；

　　另一方面，按照Motorola的研究结果认为直径3μm～5μm的空洞事实上能提高焊点的长期可靠性，因为它在一定程度上可以阻止焊点中裂纹的扩展。但一般认为大的空洞，或空洞面积达到一定比例后会给可靠性带来不利影响。

　　因此，在无铅焊接中，空洞仍然是一个必须关注的问题。在熔融状态下，Sn／Ag／Cu合金比Sn-Pb合金的表面张力更大，表面张力的增加势必会使气体在冷却阶段的外溢更加闲难，使得空洞比例增加。这一点在无铅锡膏的研发过程中得到证实，结果显示使用无铅锡膏的焊点中的空洞数量多于使用锡铅锡膏的焊点。

　　大的空洞和一些小的球形空洞是由于助焊剂的挥发造成的，锡膏中助焊剂的配比是影响焊点空洞的最直接因素，因此无铅锡膏仍有很大的改善空间。作为新一代的无铅锡膏产品，Multicore（96SCLF32OAGS88）由于增加了助焊剂在高温的活性，实现了技术上的长足飞跃，使得无铅焊点的空洞水平可降低到7．5％左右。近两年随着材料研究方面的进展，研制的第二代通用型无铅焊膏除了具有更宽的工艺窗口、更容易应用、有更好的外观外，最为重要的是解决了空洞问题。