二次回流焊无铅焊锡膏解决方案

摘要
深圳市福英达工业技术有限公司基于本公司专利提出了一种全新的微电子与半导体封装二次回流方案：用普通的SAC305焊锡膏或者SAC0307焊锡膏做为元器件封装的一次回流焊锡膏，FL系列低温高强度焊锡膏作为二次回流焊锡膏。焊点强度具有与SAC焊锡膏系列合金强度相近的焊点，从而完美的解决元器件与线路板的二次回流无铅焊锡膏合金选料问题，同样对于需要双面二次回流的线路板，也得到了完美的解决方案。

关键词
二次回流焊,无铅焊锡膏,高强度低温无铅焊料,回流温度曲线,解决方案

一、二次回流工艺对无铅焊锡膏提出的要求
在微电子与半导体封装行业锡膏使用过程中，许多元器件和线路板都会遇到二次回流问题，即对芯片或者元器件进行封装焊接后，该元器件要经过第二次回流焊接连接在线路板上；或者线路板单面焊接了一些元器件后，另一面也要焊接其他的元器件，又要进行第二次焊接。这带来的问题是两次回流焊接的焊锡膏不能是熔点一致的焊锡膏，且要求具有相同或者相近的焊接强度。传统的二次回流都是采用高铅的焊锡膏，如Pb92.5Sn5Ag2.5来焊接，第一次回流焊熔点290-310℃，那么在元器件焊到线路板上的第二次回流时，无论是采用行业内常用的无铅SAC305焊锡膏、有铅Sn63Pb37焊锡膏、或者是低温无铅Bi58Sn42焊锡膏，其峰值回流温度都不会超过高铅焊锡膏Pb92.5Sn5Ag2.5 的熔点290-310℃.这也是在全球焊料无铅化已经20年的情形下，为什么高铅焊锡膏仍在某些领域得到豁免的原因。
随着人工智能、物联网和穿戴式电子产品日益轻薄小的微型化进展，和国际微电子与半导体封装行业对无铅化的要求越来越高，甚至是军工行业，也提出了全产品无铅化的呼声，高铅焊锡膏产品Pb92.5Sn5Ag2.5的应用将逐步受到限制，也就对无铅高温焊锡膏提出了迫切的要求，成为全球微电子与半导体封装焊料界关注的热点。

二、传统的二次回流焊无铅焊锡膏解决方案及其弊端
由于金属相图的约束，可供焊料界选择的焊锡膏合金种类十分有限，在无铅高温的范围内，目前可提供的合金仅有SnSb 10焊锡膏，熔点（242-255℃）；SnSb5 焊锡膏，熔点（245℃）；BiAgX焊锡膏，熔点（262℃）几种。但由于金属锑（Sb）在西方也受到限制，认为它是与铅同类型的对人体有害的重金属，故这几种合金也受到限制，况且SnSb10焊锡膏、SnSb5焊锡膏的熔点只比常用的SAC305焊锡膏或者SAC0307焊锡膏高出20℃不到，又不是共晶合金，具有一定的熔程（固相线和液相线不重合），它们的使用并没有得到广泛的认可，BiAgX焊锡膏合金熔点可以达到262℃，已超过SAC焊锡膏系列回流峰值点255℃，又是无铅焊锡膏，可以满足二次回流对焊锡膏的温度需要，但该合金以金属铋为基体，强度低，传热性能差，也只能用在某些特定的场合来满足二次回流的要求。
如何解决无铅焊料二次回流的温度问题，传统的思路是在合金种类中寻找熔点高于现有SAC焊锡膏系列合金回流峰值温度的合金，当然我们可以找到一个理想的共晶合金，即Au80Sn20，金锡锡膏熔点为280℃，且具有良好的强度和高可靠性，已被应用到高端光电部件和军工领域，但它高昂的价格，使其无法广泛应用于民用消费品电子领域。

三、深圳福英达基于高强度低温无铅焊锡膏提出的二次回流焊锡膏解决方案
深圳市福英达工业技术有限公司基于本公司专利《微米/纳米颗粒增强型复合焊料及其制备方法201711280945.3》开发的低温高强度焊锡膏合金FL系列，提出了一种全新的微电子与半导体封装二次回流方案： FL系列低温高强度焊锡膏合金的回流峰值温度不超过200℃，且以锡铋合金为主的经微纳米粒子强化的焊点强度可达到SAC305的80-90%。如图1所示，不同种类焊锡膏合金焊点的疲劳冲击强度。

                                                                    图1 不同焊锡膏合金焊点的疲劳冲击强度

我们可以用普通的SAC305焊锡膏或者SAC0307焊锡膏做为元器件封装的一次回流焊锡膏，回流峰值温度245-260℃，如图2，福英达超微锡膏FTP-305焊锡膏回流曲线，相比高温焊料Pb92.5Sn5Ag2.5 降低了50℃以上，

图2 福英达超微锡膏FTP-305回流曲线

图3 市场主流高铅锡膏回流曲线

同时SAC焊锡膏系列焊料已经是业界使用了20多年成熟合金，其可靠性得到了试验和实践。这样再使用深圳市福英达工业技术有限公司的专利焊锡膏合金FL低温高强度在共晶锡铋合金作为第二次回流的焊锡膏合金，回流峰值温度190-200℃，如图4，福英达低温高强度焊料FL200的回流曲线。这样就可以得到第二次回流不影响第一次回流形成的焊点温度，且第二次回流形成的焊点强度具有与SAC焊锡膏系列合金强度相近的焊点，从而完美的解决元器件与线路板的二次回流无铅焊锡膏合金选料问题，同样对于需要双面二次回流的线路板，也得到了完美的解决方案。

                                                                  图4 福英达低温高强度焊料FL200回流曲线

总结：
深圳福英达基于高强度低温无铅焊锡膏提出的二次回流焊锡膏解决方案，
1）可实现在较低温度下完成二次回流；
2）焊锡膏中不使用锑、铅等有害金属；
3）实现与SAC焊锡膏几乎同等的焊接强度；
4）节能环保

立足于创新，接近于实际，是深圳市福英达工业技术有限公司二次回流焊料方案的特色。

审核编辑 黄宇