一、概述

隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的日新月異，微細(xì)間距器件發(fā)展起來(lái)，組裝密度越來(lái)越高，誕生了新型SMT、MCM技術(shù)，如圖1所示。

圖1 微電子學(xué)芯片封裝技術(shù)的發(fā)展

現(xiàn)在微電子器件中的焊點(diǎn)越來(lái)越小，但其所承載的力學(xué)、電學(xué)和熱力學(xué)負(fù)荷卻越來(lái)越重，對(duì)可靠性的要求也日益增高。電子封裝中廣泛采用的SMT封裝技術(shù)及新型的芯片尺寸封裝（CSP）、釬料球陣列（BGA）等封裝技術(shù)均要求通過(guò)焊點(diǎn)直接實(shí)現(xiàn)異材間電氣及剛性機(jī)械連接（主要承受剪切應(yīng)變），它的質(zhì)量與可靠性決定了電子產(chǎn)品的質(zhì)量。

一個(gè)焊點(diǎn)的失效就有可能造成器件整體的失效，因此如何保證焊點(diǎn)的質(zhì)量是一個(gè)重要問(wèn)題。傳統(tǒng)SnPb釬料含Pb，而Pb及Pb化合物屬劇毒物質(zhì)，長(zhǎng)期使用含Pb釬料會(huì)給人類健康和生活環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重危害。目前電子行業(yè)對(duì)無(wú)Pb焊接的需求越來(lái)越迫切，已經(jīng)對(duì)整個(gè)行業(yè)形成巨大沖擊。無(wú)Pb釬料已經(jīng)逐步取代有Pb釬料，但無(wú)Pb化制程由于釬料的差異和焊接工藝參數(shù)的調(diào)整，必不可少地會(huì)給焊點(diǎn)可靠性帶來(lái)新的問(wèn)題。因此，無(wú)Pb焊點(diǎn)的可靠性也越來(lái)越受到重視。

二、無(wú)Pb制程定義及系統(tǒng)考慮

（1）無(wú)Pb制程定義RoHS中規(guī)定禁止使用鉛（Pb）、汞（Hg）、鎘（Cd）、六價(jià)鉻（Cr6＋）、多溴聯(lián)苯（PBB）、多溴二苯醚（PBDE）6種有害物質(zhì)，實(shí)施日期是2006年7月1日。這意味著，從這天起，所有的EEE（電氣、電子設(shè)備），那些豁免的除外，一旦它們含有這6種禁用物質(zhì)，就不能在歐盟市場(chǎng)上銷售。無(wú)一禁用物（如無(wú)Pb）的定義是什么？這6種禁用物質(zhì)在任何一個(gè)EEE的均勻材質(zhì)中所允許的最大濃度值（MCV）已在EU公報(bào)上公布，并在2005 年8月18日立法。

條款5（1）（a）規(guī)定，鉛、汞、六價(jià)鉻、多溴聯(lián)苯（PBB）、多溴二苯醚（PBDE）均勻材質(zhì)的MCV 均為0．1wt％，鎘的MCV為0．01wt％。簡(jiǎn)單地講，以無(wú)Pb為例，定義為任何一個(gè)EEE在所有的（單個(gè)的）均勻材質(zhì)中，Pb含量小于0．1wt％。

（2）無(wú)Pb制程的系統(tǒng)考慮電子產(chǎn)品無(wú)Pb制程取代目前的有Pb工藝，已是大勢(shì)所趨。它正從研發(fā)走向產(chǎn)業(yè)化，從小批試產(chǎn)走向大規(guī)模量產(chǎn)，從消費(fèi)類產(chǎn)品擴(kuò)大到絕大多數(shù)的產(chǎn)品類型，兼容成為一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。在無(wú)Pb制程中，不管可靠性是否達(dá)到在苛刻環(huán)境中使用的電子產(chǎn)品的要求，都是必須關(guān)注的。苛刻環(huán)境的定義是：凡是必須長(zhǎng)時(shí)間在溫度大幅度升高、持續(xù)承受很大負(fù)載、溫度劇烈變化、特別高的溫度、很強(qiáng)的機(jī)械撞擊或振動(dòng)、腐蝕性等環(huán)境中工作的產(chǎn)品，或者同時(shí)要在上述幾種情況或者所有情況下使用的產(chǎn)品，均屬于“在苛刻環(huán)境下使用的電子產(chǎn)品”范疇。進(jìn)一步講，由于電路設(shè)計(jì)方面的局限性，焊點(diǎn)兩邊的熱膨脹系數(shù)嚴(yán)重失配，也可以列入苛刻環(huán)境的范疇。從有Pb焊接過(guò)程到無(wú)Pb焊接的系統(tǒng)性考慮，包括設(shè)計(jì)、材料、工藝、質(zhì)量，以及可靠性、設(shè)備、操作和商業(yè)化等多方面，而無(wú)Pb釬料的系統(tǒng)連接可靠性則是無(wú)Pb轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵。無(wú)Pb焊接的系統(tǒng)考慮如圖2所示。

圖2 無(wú)Pb焊接的系統(tǒng)考慮

三、電子產(chǎn)品無(wú)Pb制程工藝可靠性理解

電子產(chǎn)品無(wú)Pb制程是怎樣影響到產(chǎn)品性能和工藝控制的，這是其執(zhí)行的核心內(nèi)容。從富Pb材料切換到無(wú)Pb材料時(shí)，失效模式和效果分析（FMEA）是有差異的。從機(jī)械角度看，典型的無(wú)Pb材料要比含Pb高的材料硬。硬度對(duì)插座設(shè)計(jì)、電氣接觸（阻抗和接觸電阻）及整個(gè)焊點(diǎn)均有影響。不僅無(wú)Pb合金具有較硬的特點(diǎn)，就連表面氧化物、助焊劑殘留物、合金污染物等殘留覆蓋物組合，也能在電氣接觸和接觸電阻上產(chǎn)生多種影響。因此，電子產(chǎn)品從富Pb向無(wú)Pb制程的轉(zhuǎn)換，在電氣或機(jī)械方面都不是一個(gè)普通的替換。當(dāng)比較無(wú)Pb和富Pb釬料時(shí)，由于尺寸的變化，在倒裝芯片的釬料球和μBGA封裝間會(huì)產(chǎn)生持久性的變化。

Pb是比較軟的容易變形，因此無(wú)Pb制程的焊點(diǎn)硬度比有Pb的高，強(qiáng)度好些，變形也小些。但這一切并不等于無(wú)Pb制程焊點(diǎn)的可靠性好，由于無(wú)Pb釬料的潤(rùn)濕性差，空洞、移位、立碑等焊接缺陷比較多。由于熔點(diǎn)高，如果助焊劑的活化溫度不能配合高熔點(diǎn)的較高溫度和較長(zhǎng)時(shí)間的助焊劑浸潤(rùn)區(qū)的話，就會(huì)使焊接面在高溫下重新氧化而不能發(fā)生浸潤(rùn)和擴(kuò)散效果，不能形成良好的界面合金層，其結(jié)果是導(dǎo)致焊點(diǎn)界面結(jié)合強(qiáng)度（抗拉強(qiáng)度）差而降低可靠性。

四、影響電子產(chǎn)品無(wú)Pb制程工藝可靠性的因素

無(wú)Pb焊點(diǎn)的可靠性問(wèn)題主要來(lái)源于：

●焊點(diǎn)的剪切疲勞與蠕變裂紋；

●電遷移、釬料與基體金屬界面金屬間化合物形成裂紋；

●Sn晶須生長(zhǎng)引起短路；

●電腐蝕和化學(xué)腐蝕問(wèn)題。無(wú)Pb焊接工藝可靠性是一個(gè)非常復(fù)雜的工程問(wèn)題，歸納起來(lái)主要取決于工藝可靠性設(shè)計(jì)、工藝操作規(guī)范及工藝管理等諸多因素，如圖3所示。

圖3 影響無(wú)Pb焊點(diǎn)工藝可靠性的因素

與傳統(tǒng)的有Pb工藝相比，無(wú)Pb化焊接由于釬料的差異和工藝參數(shù)的調(diào)整，必不可少地會(huì)給焊點(diǎn)可靠性帶來(lái)一定的影響。首先是無(wú)Pb釬料的熔點(diǎn)較高。傳統(tǒng)的Sn37Pb共晶釬料熔點(diǎn)是183℃，而共晶無(wú)Pb釬料（SAC387）的熔點(diǎn)為217℃，溫度曲線的提升隨之帶來(lái)的是釬料易氧化，金屬間化合物生長(zhǎng)迅速等問(wèn)題。其次，由于無(wú)Pb釬料不含Pb，潤(rùn)濕性差，容易導(dǎo)致產(chǎn)品焊點(diǎn)的自校準(zhǔn)能力、拉伸強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度等不能滿足要求。以某OEM公司為例，原含Pb工藝焊點(diǎn)不合格率平均在50ppm左右，而無(wú)Pb制程由于釬料潤(rùn)濕性差，不合格率上升至200～500ppm。

與傳統(tǒng)的含Pb工藝相同，影響無(wú)Pb工藝焊點(diǎn)可靠性的因素也可以大致分為下述幾個(gè)方面。

1．釬料合金的影響釬料合金的選擇極為重要。目前，大多采用SAC合金系列，液相溫度是217～227℃，這就要求再流焊具有較高的峰值溫度，如前所述會(huì)帶來(lái)釬料及導(dǎo)體材料（如Cu箔）易高溫氧化，金屬間化合物生長(zhǎng)迅速等問(wèn)題。因?yàn)樵诤附舆^(guò)程中，熔融的釬料與焊接襯底接觸時(shí)，由于高溫在界面會(huì)形成一層金屬間化合物（IMC）。其形成不但受再流焊接溫度、時(shí)間的控制，而且在后期使用過(guò)程中其厚度還會(huì)隨時(shí)間而增加。

界面上的IMC是影響焊點(diǎn)可靠性的一個(gè)關(guān)鍵因素。過(guò)厚的IMC層的存在會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)斷裂、韌性和抗低周期疲勞能力下降，從而導(dǎo)致焊點(diǎn)的可靠性降低。無(wú)Pb釬料中Sn含量都比SnPb釬料高，這更增大了焊點(diǎn)和基體金屬間界面上形成IMC的速率，導(dǎo)致焊點(diǎn)提前失效。

另外，由于無(wú)Pb釬料和傳統(tǒng)SnPb釬料成分不同，因而它們和焊盤材料，如Cu、Ni、Ag、Pd等的反應(yīng)速率及反應(yīng)產(chǎn)物也可能不同，焊點(diǎn)也會(huì)表現(xiàn)出不同的可靠性。同時(shí)釬料和助焊劑的兼容性也會(huì)對(duì)焊點(diǎn)的可靠性產(chǎn)生非常大的影響，有研究表明：釬料和助焊劑各成分之間不兼容會(huì)導(dǎo)致附著力減小。此外，由于熱膨脹系數(shù)（CTE）不匹配，又會(huì)加快釬料周期性的疲勞失效。

因此，要特別注意選擇兼容性優(yōu)良的釬料和助焊劑，才能承受住無(wú)Pb再流焊時(shí)的高溫沖擊。

●目前有Pb釬料合金大都使用的是Sn37Pb，熔點(diǎn)為183℃。

●目前業(yè)界無(wú)Pb制程再流焊接中“主流”釬料合金是SAC，其中應(yīng)用最廣的成分是SAC305和SAC387（共晶組分），前者熔化溫度范圍為217～220℃，后者為共晶組分，熔點(diǎn)為217℃，而波峰焊接則可能是SAC305或Sn0．7Cu（x）（熔點(diǎn)為227℃）。SAC合金和SnCu（x）合金擁有不同的可靠性特性。由上可知，無(wú)Pb共晶組分SAC387比有Pb共晶組分Sn37Pb合金的熔點(diǎn)要高出34℃。

顯然，從有Pb焊接轉(zhuǎn)變到無(wú)Pb焊接并不僅僅是單純的材料代換而已，它還帶來(lái)了許多可靠性方面的困擾。微電子領(lǐng)域使用的釬料有著很嚴(yán)格的性能要求，無(wú)Pb釬料（以SAC為例）也不例外，不僅包括電學(xué)和力學(xué)性能，還必須具有理想的熔融溫度。從制造工藝和可靠性兩方面考慮，表1列出了釬料合金的一些重要性能。表1 釬料合金的重要性能

2．元器件影響元器件可靠性的因素如下。

（1）高溫影響。某些元器件，如塑料封裝的元器件、電解電容器等，受高的焊接溫度的影響程度要超過(guò)其他因素。

（2）Sn晶須的影響。Sn晶須是長(zhǎng)壽命的高端產(chǎn)品中精細(xì)間距元器件更加需要關(guān)注的另一個(gè)問(wèn)題。無(wú)Pb釬料合金均屬高Sn合金，長(zhǎng)Sn晶須的概率比SnPb高得多。通過(guò)限制Sn層厚度來(lái)限制晶須的最終長(zhǎng)度并不實(shí)際。人們普遍相信添加3wt％或更多Pb可防止晶須的形成，并且這種現(xiàn)象很少在SnPb焊點(diǎn)上發(fā)生。雖然偶爾觀察到SnPb釬料中長(zhǎng)出長(zhǎng)達(dá)25～30μm的晶須，但可能是在大電流下電遷移效應(yīng)導(dǎo)致的異常析出現(xiàn)象。

（3）應(yīng)力的影響。SAC合金也會(huì)給元器件帶來(lái)更大的應(yīng)力，使低k介電系數(shù)的元器件更易失效。

（4）焊端表面鍍層的影響。無(wú)Pb元器件焊端表面鍍層的種類很多，有鍍純Sn和SAC的，也有鍍SnCu、SnBi等合金的。鍍Sn的成本比較低，因此采用鍍Sn工藝比較多。但由于Sn表面容易氧化形成很薄的氧化層，加上電鍍后易產(chǎn)生應(yīng)力形成Sn晶須。Sn晶須在窄間距的器件QFP等容易造成短路，影響可靠性。故對(duì)于低端產(chǎn)品及壽命要求小于5年的元器件可以鍍純Sn。而對(duì)于高可靠產(chǎn)品及壽命要求大于5年的元器件，則應(yīng)先鍍一層厚度為1μm以上的Ni，然后再鍍2～3μm厚的Sn。

（5）零部件的供應(yīng)質(zhì)量問(wèn)題。由于各部件均來(lái)自于不同廠商，因而部件質(zhì)量難免參差不齊，如器件引腳可焊性不足等。由于以前的熱風(fēng)整平（HASL）焊盤涂層工藝存在缺點(diǎn)，如今的OEM廠商應(yīng)用較廣泛的包括有機(jī)可焊性保護(hù)層（OSP）等涂層工藝。

3．PCB

（1）基材某些PCB（特別是大型復(fù)雜的厚PCB）根據(jù)層壓材料的屬性，可能會(huì)由于無(wú)Pb焊接溫度較高而導(dǎo)致分層、層壓破裂、Cu裂縫、CAF（導(dǎo)電陽(yáng)極絲）等失效故障率上升。它還取決于PCB表面涂層，例如釬料與Ni層（ENIG涂層）之間的接合要比釬料與Cu（如OSP和浸銀）之間的接合更易斷裂，特別是在機(jī)械撞擊下（如跌落測(cè)試中）尤為明顯。

（2）焊盤涂層表面處理的最主要作用就是確保金屬基底（通常是銅）的可焊性。由于以前的熱風(fēng)整平（HASL）焊盤涂層工藝存在缺點(diǎn)，可替代的表面涂層包括：有機(jī)可焊性保護(hù)膜（OSP）、Ni／Au、Ni／Pd／Au、Im－Sn和Im－Ag等。其中Ni／Au涂層又有ENIG Ni／Au和EG Ni／Au兩種。無(wú)論選擇哪種表面處理，它都必須維持精確的信號(hào)完整性，確保在任何情況下信號(hào)完整性都不會(huì)下降。選擇正確的鍍層還需要考慮的問(wèn)題包括：電磁兼容（EMI）、接觸電阻和焊點(diǎn)的強(qiáng)度。最后使用的表面處理要有利于控制電磁干擾。它還不能因?yàn)闀r(shí)間長(zhǎng)而降低性能，否則在表面處理層／焊盤的連接部位會(huì)出現(xiàn)泄漏造成電磁干擾的問(wèn)題。EG Ni／Au和ENIG Ni／Au都存在明顯的可靠性問(wèn)題，SnPb焊點(diǎn)在EG Ni／Au焊盤上的接合強(qiáng)度在使用幾年后就可能大幅下降。由于無(wú)法對(duì)Au鍍層的厚度實(shí)施有效且一致的控制，因此，建議在SnPb焊接中不采用Ni／Au的焊盤。

（3）PCB厚度的影響相同封裝安裝到不同厚度的PCB上的溫度循環(huán)結(jié)果是：在使用的條件范圍內(nèi)，較薄的PCB擁有較長(zhǎng)的溫度循環(huán)壽命。事實(shí)上，厚PCB更難使得封裝的熱膨脹和收縮相一致，因此在焊點(diǎn)處導(dǎo)致了較大的熱應(yīng)力。4）焊盤定義對(duì)焊點(diǎn)可靠性的影響相同封裝分別采用NSMD和SMD焊盤定義，如圖4所示。以純有Pb情況為例，將元器件連接到PCB上后，焊點(diǎn)的可靠性是不一樣的。在循環(huán)溫度范圍為－40～125℃／10min的條件下，其壽命F（t）的威布爾分布如圖5所示。

圖4

圖5 NSMD／SMD焊點(diǎn)

在高低溫溫度循環(huán)試驗(yàn)中F（t）的威布爾分布圖NSMD結(jié)構(gòu)比SMD結(jié)構(gòu)擁有較長(zhǎng)的溫度循環(huán)壽命。當(dāng)采用NSMD結(jié)構(gòu)時(shí)，焊接的連接力較大的原因是：焊盤的連接面積擴(kuò)展到焊盤的側(cè)面了。

（5）單面焊接和雙面焊接存在的可靠性差異進(jìn)行單面焊接和雙面焊接轉(zhuǎn)換安裝（如表2所示）的結(jié)果，以及隨后的溫度循環(huán)特性比較，如圖6、圖7所示。即封裝安裝在底部面上時(shí)，就相當(dāng)于被同樣寬度大小的焊盤所替換，其溫度循環(huán)特性幾乎和單面焊接相同。表2 雙面焊接驗(yàn)證

圖6 安裝形式Ⅰ～Ⅳ在溫度循環(huán)中的威布爾分布圖（以有Pb為例）

圖7 單面和雙面安裝在溫度循環(huán)試驗(yàn)中的威布爾分布（以有Pb為例）

（6）元器件引腳電鍍和引腳材料的接合（1）引腳材料：Cu。焊盤類型為SMD，安裝傳統(tǒng)SnPb電鍍?cè)骷_和無(wú)Pb的SnBi電鍍?cè)骷?，采用傳統(tǒng)Sn37Pb釬料或無(wú)Pb的SAC305釬料的焊點(diǎn)可靠性、溫度循環(huán)試驗(yàn)的結(jié)果，如圖8所示。

圖8引腳材料為Cu的焊點(diǎn)溫度循環(huán)試驗(yàn)的威布爾分布

無(wú)Pb產(chǎn)品和無(wú)Pb釬料的接合的溫度循環(huán)特性優(yōu)于傳統(tǒng)工藝接合，并且傳統(tǒng)產(chǎn)品和無(wú)Pb釬料，以及無(wú)Pb產(chǎn)品和傳統(tǒng)釬料的接合都得到了較差的結(jié)果。（2）引腳材料：Fe－Ni。焊盤類型為SMD，安裝傳統(tǒng)SnPb電鍍?cè)骷_和無(wú)Pb的SnBi電鍍?cè)骷_，采用傳統(tǒng)Sn37Pb釬料和無(wú)Pb的SAC305釬料的可靠性、溫度循環(huán)試驗(yàn)結(jié)果如圖9所示。

圖9 引腳材料為Fe－Ni的焊點(diǎn)溫度循環(huán)試驗(yàn)的威布爾分布

無(wú)Pb元器件引腳和無(wú)Pb釬料的接合的溫度循環(huán)試驗(yàn)特性優(yōu)于傳統(tǒng)工藝接合，并且傳統(tǒng)元器件引腳和無(wú)Pb釬料，以及無(wú)Pb元器件引腳和傳統(tǒng)釬料的接合都得到了較差的結(jié)果。

5．工藝因素

1）工藝可靠性設(shè)計(jì)合適的PCBA組裝工藝可靠性設(shè)計(jì)，可從兩個(gè)方面來(lái)改善BGA、CSP等球柵陣列芯片焊點(diǎn)的可靠性，兩者結(jié)合起來(lái)可以很大程度地提高器件的可靠性。這些方法如下：

（1）選擇相近的熱膨脹系數(shù)（CTE）材料來(lái)減少整體熱膨脹的不匹配。

（2）通過(guò)控制合適的焊點(diǎn)高度（器件的離板高度）來(lái)增加焊接層的一致性，以此來(lái)減少整體熱膨脹的不匹配。另外，以高可靠性為目的的可靠性設(shè)計(jì)規(guī)范還包括：

（3）通過(guò)在元器件和PCB基板之間添加合適的底部填充膠進(jìn)行機(jī)械連接，從而消除整體熱膨脹不匹配的影響。

（4）選擇一種軟的晶片黏結(jié)層來(lái)降低晶片熱膨脹系數(shù)（2．7～2．8ppm／℃）在整體熱膨脹不匹配和局部熱膨脹不匹配的影響。選擇特定范圍熱膨脹系數(shù)包括材料的選擇或多層板和元器件之間材料的組合，來(lái)得到最佳的熱膨脹系數(shù)。當(dāng)多層板有較大的熱膨脹系數(shù)時(shí)，有源器件最佳的熱膨脹系數(shù)約為1～3ppm／℃（與功率的耗散有關(guān)），無(wú)源元件的熱膨脹系數(shù)為0ppm／℃。當(dāng)然，一個(gè)電子組裝中有大批不同的元器件，要想實(shí)現(xiàn)熱膨脹系數(shù)全部最優(yōu)化是不可能的，這會(huì)給元器件帶來(lái)極大的可靠性威脅。

對(duì)一些有密封性要求的軍事應(yīng)用產(chǎn)品，就需選用陶瓷元器件。選擇特定范圍熱膨脹系數(shù)，就意味著熱膨脹系數(shù)受到限制的多層板材料只能在Kevlar和石墨纖維（一種質(zhì)地牢固重量輕的合成纖維），或者在銅－因瓦合金－銅和銅－鉬－銅之間選擇。這些解決方法對(duì)絕大多數(shù)商用產(chǎn)品來(lái)說(shuō)顯得太昂貴了，商用產(chǎn)品的多層板大多選用玻璃－環(huán)氧樹脂或玻璃－聚酰亞胺材料。選擇特定范圍熱膨脹系數(shù)的材料必須避免選取一些較大的元器件，如陶瓷元件（CGAs、MCMs）、引腳數(shù)為42的塑料封裝（TSOPs、SOTs）或者是與晶片采用剛性連接的塑料封裝（PBGAs）。對(duì)無(wú)Pb焊接接合部來(lái)說(shuō)，要增加其相容性就意味著要增加焊點(diǎn)的高度或轉(zhuǎn)向有Pb焊接接合部技術(shù)。因?yàn)橛蠵b焊接接合部增加了Pb的相容性，那就意味著要由元器件供應(yīng)商轉(zhuǎn)向更能提高Pb相容性的幾何形狀或轉(zhuǎn)向細(xì)間距技術(shù)?？煽啃栽O(shè)計(jì)過(guò)程不僅要強(qiáng)調(diào)器件失效的物理原因，還不能忽視失效的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分布。

這個(gè)過(guò)程可能包含以下一些步驟：

① 確定可靠性要求——希望的設(shè)計(jì)壽命及在設(shè)計(jì)壽命結(jié)束之后的可接受的失效概率；

② 確定負(fù)載條件——由于功率耗散原因，要考慮使用環(huán)境（如IPC－SM－785）和熱梯度，這些參數(shù)可能會(huì)發(fā)生變化，并產(chǎn)生大量的小型循環(huán)；

③ 確定／選擇組裝的結(jié)構(gòu)——元器件和基板的選擇，材料特性（如熱膨脹系數(shù)）及焊接接合部的幾何形狀。

2）SMT工藝流程因素考慮到無(wú)Pb釬料與傳統(tǒng)PbSn釬料的差異，就需要從工藝控制上來(lái)彌補(bǔ)其不足，以達(dá)到產(chǎn)品組裝的要求。主要因素有：

（1）焊膏印刷定位精度提高，以彌補(bǔ)無(wú)Pb焊膏自校準(zhǔn)能力差的不足。

（2）工藝窗口狹窄就要求設(shè)備的控溫精度更高，并能具有氮?dú)鈿夥湛刂疲愿纳平?rùn)性能；同時(shí)要根據(jù)組裝產(chǎn)品的不同特點(diǎn)合理設(shè)置再流溫度曲線。

（3）再流焊接溫度曲線一般由升溫預(yù)熱、均熱、再流及冷卻區(qū)組成。

●典型升溫速率為0．5～1．5℃，一般不超過(guò)2℃。

●峰值溫度推薦值為235～245℃，范圍為230～260℃，目標(biāo)為240～245℃。

●停留在液相溫度以上時(shí)間為45～75s，允許為30～90s，目標(biāo)為45～60s。

●再流焊溫度曲線總長(zhǎng)度：從環(huán)境溫度升至峰值溫度的時(shí)間為3～4min。

●進(jìn)入液相溫度再流區(qū)前要完成的功能是：使焊膏中的有機(jī)成分及水汽充分揮發(fā)；使被焊元器件預(yù)熱，大、小元器件溫度均衡；焊膏中的助焊劑充分發(fā)揮活性以清潔被焊面。

●具體再流焊溫度曲線的設(shè)置，要根據(jù)焊膏的特性，如熔點(diǎn)或液相線溫度、助焊劑活性對(duì)溫度要求、組裝產(chǎn)品的特點(diǎn)來(lái)決定。還應(yīng)關(guān)注：釬料儲(chǔ)存溫度不當(dāng)，焊盤釬料不足。此處特別需注意的一點(diǎn)是含Bi無(wú)Pb釬料的使用問(wèn)題，由于含Bi釬料與SnPb涂層的器件接觸時(shí)，再流焊后會(huì)生成SnPbBi共晶合金，熔點(diǎn)只有99．6℃，極易導(dǎo)致開裂的發(fā)生。

因此，對(duì)含Bi無(wú)Pb釬料的使用，需注意器件涂層是否為SnPb涂層。3）有Pb或無(wú)Pb狀態(tài)下的爐溫曲線參數(shù)比較在純有Pb或純無(wú)Pb再流焊接的情況下，因?yàn)椴淮嬖诤付隋儗硬牧?、BGA／CSP釬料球和焊膏材料之間的匹配和兼容問(wèn)題，所以再流焊接爐溫參數(shù)的設(shè)置，基本都是有成熟的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為借鑒，如表3所示。表3 有Pb、無(wú)Pb再流焊接溫度曲線的工藝參考數(shù)據(jù)和比較

●另外由于熔點(diǎn)高，助焊劑的活化溫度不能匹配高熔點(diǎn)；

●助焊劑浸潤(rùn)區(qū)的溫度高、時(shí)間長(zhǎng)，會(huì)使焊接面在高溫下重新氧化而不能發(fā)生浸潤(rùn)和擴(kuò)散，不能形成良好的界面合金層，結(jié)果導(dǎo)致焊點(diǎn)界面接合強(qiáng)度（抗拉強(qiáng)度）差而降低可靠性。

6．環(huán)境影響因素

1）機(jī)械負(fù)荷條件焊點(diǎn)上的機(jī)械應(yīng)力來(lái)源于對(duì)插件板上施加的外力。在外加機(jī)械負(fù)荷的情況下，尤其是系統(tǒng)機(jī)械沖擊引起的負(fù)荷，釬料的蠕變應(yīng)力總是比較大的，原因是這種負(fù)荷對(duì)焊點(diǎn)施加的變形速率比較大。因此，即使是足以承受熱循環(huán)的金屬間化合物結(jié)構(gòu)，也會(huì)在剪力或拉力測(cè)試期間最終成為最脆弱的連接點(diǎn)。SAC合金的高應(yīng)力率靈敏度，要求更加注意無(wú)Pb焊接界面在機(jī)械撞擊下的可靠性（如跌落、彎曲等），在高應(yīng)力變化速率下，應(yīng)力過(guò)大更易導(dǎo)致焊接互連斷裂。2）熱機(jī)械負(fù)荷條件焊接結(jié)構(gòu)內(nèi)部不匹配的熱膨脹。在足夠高的應(yīng)力下，釬料的蠕變特性有助于限制焊點(diǎn)內(nèi)的應(yīng)力。即使是一般的熱循環(huán)，通常也要求若干焊點(diǎn)能經(jīng)受得住在每次熱循環(huán)中引起蠕變的負(fù)荷。因此，焊盤上金屬間化合物的結(jié)構(gòu)必須經(jīng)受住釬料蠕變帶來(lái)的應(yīng)力。