微电子器件的软钎焊及表面组装技术

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1、第四章微电子器件的软钎焊及表面组装技术第一节概述第二节软钎焊的基本原理第三节、软钎料合金第四节软钎剂第五节药芯软钎焊丝和钎料膏第六节机械化软钎焊技术第七节表面组装技术及再流焊方法第八节SMT焊点的可靠性问题第一节概述所谓软钎焊，是指采用熔点（或液相线温度）低于427℃的填充金属（钎料）在加热温度低于被连接金属（母材）熔化温度的条件下实现金属间冶金连接的一类方法。软钎焊连接依靠钎料对母材的润湿来形成接头。与硬钎焊相比，软钎焊连接的温度低，操作方便，并且不过分强调母材与钎料之间的溶解、扩散等相互作用过程。第一节概述一、软钎

2、焊在电子工业中的地位在电子工业中，软钎焊技术由于以下几方面的原因而使其始终并将继续居于主导地位。1、软钎焊具有显著的经济性、高效性和可靠性。由于连接是在相对较低的温度下完成的。使得许多常规有机高分子材料和电子元件因受热而改变性能和破坏等问题得以有效地避免。并且，相对低成本的材料，简单的工具和可控的工艺使得软钎焊具有特别明显的经济性和高效性。而且在自动化软钎焊操作中，在一般民用产品上，已经取得接头返修率低于百万分之一的水平，而在北美航空部门，已有了每小时钎焊150亿个焊点而无失败的报导。这些都充分说明了软钎焊方法的经济、

3、高效和可靠的特点。2、软钎焊具有制造和修理的方便性。与其它冶金连接方法相比，软钎焊是对操作工具要求相对简单和易于操作的工艺，并且由于软钎焊接头是可以“拆卸”的接头，或者说软钎焊过程是“可逆”的，因而使得软钎焊连接的修补十分简单方便。并且修补过的接头可以像原始接头一样可靠。可以预料，只要我们还使用由导体、半导体和绝缘体等构成的基于电磁脉冲的电路，软钎焊技术就是必不可少的。第一节概述从材料来看，在电子工业中的被连接材料主要是有色金属，并且种类繁多，经常涉及到贵金属和稀有金属以及多元合金多层金属组合体系。此外，还常常涉及到非

4、金属材料的连接问题。由于被连接对象的多样性，因而完成连接所使用的材料（钎料等）也表现出种类繁多和组成复杂的特点。从被连接对象的尺寸特征来看，小、细、薄、精，构成了这类被连接对象最为鲜明的标志。例如：许多焊点的尺寸常常不足一个平方毫米；焊点间距也仅有零点几毫米等。并且，随着电子产品小型化、轻量化、高精度及高可靠性的要求，使得连接对象的尺寸还在不断减小。电子产品的这种特点和发展趋势对连接技术提出新的更高的要求，因而，一些新的工艺方法不断涌现。目前最具生命力的最有影响的当首推表面组装技术（surfacemounttechno

5、logy，简称SMT）。这一技术的出现使得在印刷电路板制造中传统的通孔安装技术迟早将被淘汰。在技术发达国家中，SMT技术在印制板上的应用已达到90％，在我国，SMT也正在迅速推广。SMT技术的出现对软钎焊材料提出了新的要求，使得对钎料膏的需求量迅速增加，并且推动了一些产业的发展和进步二、电子工业中钎焊连接的特点及发展趋势第二节软钎焊的基本原理一、软钎焊的定义钎焊一直被区分为“硬钎焊”（Brazing）和“软钎焊”（Soldering）。为此，将450℃作为分界线，规定钎料液相线温度高于450℃所进行钎焊为硬钎焊，低于4

6、50℃的为软钎焊。从事电子产品钎焊工作的人认为，在315℃以下进行的钎焊为软钎焊。在电子行业中，绝大多数的钎焊工作是在300℃以下完成的。在450℃以上进行的钎焊连接，在电子行业中是比较少的。二、钎料与母材间的相互作用在电子钎料中，应用最广泛的金属元素是锡，在大多数电子钎料中都或多或少地含有锡。在众多的被连接材料中，应用最多的是铜。因此，研究铜与锡之间的相互作用问题就具有特别重要的意义。我们知道，使钎料与母材之间发生适当的相互作用，从而实现冶金结合是获得优良焊点的基本前提。这就要求母材组分可以在液态钎料中溶解，并最终可

7、以形成固溶体，共晶体或金属间化合物。第二节软钎焊的基本原理锡以易于和多种金属元素形成金属间化合物为特征，用锡基钎料进行钎焊时，在结合处形成金属间化合物当是最为常见的现象。由铜锡二元合金平衡相图可知，铜与锡在液态下可以无限互溶，在固态下铜在锡中的溶解度则很小。因此，钎焊时母材铜将向液态的锡钎料中溶解，在随后的冷却过程中将会出现金属间化合物Cu6Sn5(η)。如果铜的溶解量过多，还可能出现Cu3Sn（ε相）。可以说，化合物相Cu6Sn5的出现是保证锡钎料与铜母材之间实现冶金连接的基本前提。由于化合物相通常都具有硬而脆的特点

8、，因此，出现过多的化合物相对焊点的性能是不利的。尽管在钎料冷却凝固之后，由液态金属直接形成化合物相的条件已经不存在，但是由于在随后的热过程中，铜与锡之间的相互扩散过程仍可进行。因此，化合物相仍将继续形成和长大。通常是在结合前沿处形成一层连续的化合物层。化合物层在靠近铜母材一侧为Cu3Sn，在邻近锡钎料一侧为Cu6Sn5。当化合物层