甲酸氣氛制備凸點_無助焊劑焊接-福英達(dá)焊錫膏
甲酸氣氛制備凸點_無助焊劑焊接-福英達(dá)焊錫膏
眾所周知無鉛焊料需要借助助焊劑輔助才能實現(xiàn)更好的焊接效果。助焊劑可以去除焊料和焊盤表面氧化物和改善表面張力，使焊料能夠更好的潤濕焊盤。但是助焊劑分解不充分容易在焊點附近留下酸性殘留物，從而影響電子元件的可靠性。隨著業(yè)界對焊料認(rèn)知的加深，一種不借助助焊劑的焊接方式呼之欲出。方法是在焊接時通入甲酸氣氛保護(hù)。加熱情況下甲酸氣氛可以起到還原氧化物，改善潤濕性的效果。
1. 甲酸還原氧化物原理
由于目前焊料以Sn為主，因此容易被氧化成為SnO和SnO2。甲酸能很好得與SnO和SnO2反應(yīng)生成Sn(HCOO)2，并在150℃情況下將Sn(HCOO)2還原為Sn。
2. 甲酸氣氛焊接實驗
為了驗證在甲酸氣氛下不采用助焊劑焊接的可行性，He等人使用了Sn42Bi58，SAC305和Sn95Sb5焊料球分別在銅焊盤和鍍鎳銅焊盤上進(jìn)行微凸點制備實驗。Sn42Bi58，SAC305和Sn95Sb5的峰值焊接溫度分別為200℃，250℃和275℃。微凸點隨后在150℃下進(jìn)行老化。甲酸焊接示意圖如圖1所示。
圖1. 甲酸氣氛下焊接的示意圖。
表1. 實驗采用的五種焊接加熱條件。
3. 實驗結(jié)果
3.1 焊料和基板的接觸角
焊料與基板的接觸角越小意味著焊料潤濕性更優(yōu)秀。Sn42Bi焊料在甲酸保護(hù)下焊接時的接觸角要比使用助焊劑焊接的接觸角更小。而SAC305和Sn95Sb5在助焊劑輔助下焊接時能得到更良好的接觸角?？傮w而言，甲酸氣氛下焊接和借助助焊劑焊接得到的接觸角相差不大。
圖2. 焊料采用甲酸氣氛/助焊劑焊接后的潤濕角 (升溫速度: 2.5℃/s，預(yù)熱時間1min), Sn42Bi58: 預(yù)熱溫度120℃；SAC305和Sn95Sb5: 預(yù)熱溫度160℃。
3.2 預(yù)熱對甲酸氣氛焊接的影響
如果加熱速度，峰值溫度和峰值時間均一致，SAC305在160℃下預(yù)熱10分鐘時，焊料與基板的接觸角最小。而在160℃下預(yù)熱1分鐘時接觸角最大。預(yù)熱時間長能讓甲酸有更充足時間與焊料和焊盤反應(yīng)，更好得去除氧化物。此外，接觸角也與預(yù)熱溫度有關(guān)，更高的預(yù)熱溫度能加速甲酸與氧化物反應(yīng)。
圖3. 預(yù)熱對甲酸氣氛焊接接觸角的影響。
3.3 金屬間化合物
為了研究甲酸氣氛焊接產(chǎn)生的金屬間化合物(IMC)成分，He等人觀察了SAC305焊點的微觀結(jié)構(gòu)。He等人發(fā)現(xiàn)甲酸氣氛和助焊劑輔助焊接后生成的SAC305焊點的IMC都為Cu6Sn5，且焊點老化后也都形成了Cu3Sn。此外，總的IMC厚度相差不大。
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4. 參考文獻(xiàn)
He, S.L., Bi, Y.H., Shen, Y.A., Chen, Z.K., Gao, Y., Hu, C.A & Nishikawa, H. Contact angle analysis and intermetallic compounds formation between solders and substrates under formic acid atmosphere. Journal of Advanced Joining Processes, vol. 6.
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