因為專業
所以領先
為您詳細介紹無鉛錫膏與有鉛錫膏在芯片封裝工藝中的應用對比。
這是一個在電子制造領域至關重要的話題,選擇哪種錫膏直接影響產品的性能、可靠性、成本和合規性。
有鉛錫膏 (Lead-based Solder Paste)
主要成分:傳統成分為錫-鉛 (Sn-Pb),最常見的是 Sn63/Pb37(共晶錫膏,熔點為183°C)。鉛的存在能顯著改善錫合金的焊接性能和機械特性。
背景:自電子行業誕生以來一直是絕對的主流,工藝成熟,可靠性經過長期驗證。
無鉛錫膏 (Lead-free Solder Paste)
主要成分:不含鉛,以錫為主,添加其他金屬如銀 (Ag)、銅 (Cu)、鉍 (Bi)、銻 (Sb) 等。最常見的體系是 SAC 系列,如 SAC305 (Sn96.5/Ag3.0/Cu0.5,熔點為217-220°C)。
背景:主要受環保法規(如歐盟RoHS、中國《電子信息產品污染控制管理辦法》)和健康訴求驅動,自2006年左右開始成為主流,是當前的行業標準。
以下從多個維度對兩者在芯片封裝工藝中的應用進行對比。
對比維度 | 有鉛錫膏 (Sn-Pb) | 無鉛錫膏 (如SAC) | 對比分析及對封裝工藝的影響 |
1. 環保與法規 | 不環保:含重金屬鉛,對環境和人體有害。 | 環保:符合RoHS等全球環保法規。 | 無鉛是硬性要求。面向全球市場,特別是消費電子、汽車電子等領域,必須使用無鉛工藝,否則產品無法上市。 |
2. 焊接溫度 | 較低:共晶點 183°C。回流焊峰值溫度通常在 210-230°C。 | 較高:熔點在 217-220°C 以上。回流焊峰值溫度通常需 235-250°C,甚至更高。 | 無鉛工藝對設備和器件是巨大挑戰: |
? 能耗增加:爐子需要加熱到更高溫度。 | |||
? 器件耐熱性:必須使用能承受更高溫度的芯片和元器件(無鉛器件)。 | |||
? PCB材料:基板必須使用更高Tg(玻璃化轉化溫度)的材料,以防變形、分層。 | |||
? 工藝窗口變窄:溫度曲線控制要求更嚴格,否則易出現冷焊或過熱損壞。 | |||
3. 焊接性能 | 優異: | 較差: | 有鉛工藝更“友好”,易于獲得良好的焊點。無鉛工藝需要優化焊膏配方(如助焊劑活性)和精確控制爐溫曲線來彌補潤濕性的不足。外觀差異不影響機械性能,但給目檢和AOI檢測帶來新標準。 |
? 潤濕性好:擴展率高,爬錫效果好。 | ? 潤濕性較差:流動性不如有鉛,擴展率低,可能需要更強的助焊劑。 | ||
? 焊接牢固,焊點表面光滑明亮。 | ? 焊點外觀:表面較粗糙、暗淡,呈灰白色。 | ||
4. 機械可靠性 | 良好:具有良好的抗疲勞特性和延展性,在熱循環中能更好地承受應力。 | 較優但存在爭議: | 取決于應用場景: |
? 強度更高:楊氏模量和抗拉強度通常優于有鉛焊料。 | ? 對于日常電子產品,無鉛焊點的機械強度完全足夠。 | ||
? 延展性差:更脆,在劇烈沖擊或變形下易開裂。 | ? 對于高頻熱循環(如汽車引擎艙)或機械沖擊環境,需要精心設計合金成分(如摻入微量稀土元素)并嚴格控制工藝,甚至在某些高可靠性領域仍存在爭議。 | ||
? IMC生長:高溫下金屬間化合物層生長更快,可能影響長期可靠性。 | |||
5. 成本 | 較低: | 較高: | 無鉛的綜合成本高于有鉛。雖然錫膏本身的價差在縮小,但背后的供應鏈(無鉛器件、高Tg PCB)、設備升級和能耗成本構成了主要差異。 |
? 材料成本低:鉛價格低廉。 | ? 材料成本高:銀等金屬價格昂貴。 | ||
? 工藝成本低:溫度低,能耗小,對設備和器件要求低。 | ? 工藝成本高:能耗大,設備損耗快,需要耐高溫的PCB和元件。 | ||
6. 應用領域 | 受限: | 絕對主流: | 無鉛已成為全球電子制造業的默認標準。有鉛工藝僅存在于少數“豁免”領域或特定維修場景。 |
? 部分軍工、航天、醫療設備:因對長期可靠性有極端要求且不受RoHS限制,仍在使用。 | ? 消費電子(手機、電腦等) | ||
? 維修與返工:在某些允許的場景下,因溫度低、易操作而被采用。 | ? 網絡通信設備 | ||
? 汽車電子(絕大多數) | |||
? 工業控制等絕大多數領域。 |
在芯片封裝本身(如BGA、CSP、QFN的植球、貼裝、回流焊)中,上述對比同樣適用,但還有一些特定點:
晶圓凸點制作 (Wafer Bumping):
早期廣泛使用有鉛焊料進行電鍍或錫膏印刷制程。
現在已全面轉向無鉛凸點,材料多為高鉛(Pb含量>85%) 或SAC系列。注意:高鉛焊料在某些封裝內部結構中仍被RoHS豁免,因為其高熔點特性在后續封裝層級焊接時不會熔化,能提供更好的機械支撐和可靠性。
倒裝芯片 (Flip Chip):
與凸點工藝緊密相關,無鉛是主流選擇。
封裝體貼裝 (Package on Board):
這就是最常見的SMT貼片環節。封裝好的芯片(如BGA)通過錫膏焊接到PCB上。
必須遵守“無鉛匹配”原則:即無鉛封裝的焊球必須使用無鉛錫膏來焊接,有鉛封裝的焊球使用有鉛錫膏。混用(如無鉛焊球+有鉛錫膏)會導致合金成分不可控,形成低溫共晶相,可靠性極差,是絕對禁止的。
特性 | 無鉛錫膏 | 有鉛錫膏 |
趨勢 | 現在和未來的絕對主流 | 逐漸被淘汰,僅限特定領域 |
驅動力 | 環保法規、市場準入、企業社會責任 | 無 |
適用領域 | 絕大多數商業、工業和消費類電子產品 | 部分高可靠性軍工、航天、醫療(RoHS豁免) |
選擇關鍵 | 1. 合規性是首要前提。 | 1. 僅用于法規允許的豁免領域。 |
2. 必須應對高溫工藝帶來的挑戰。 | 2. 利用其優異的工藝性和可靠性。 | |
3. 需關注長期可靠性設計。 |
結論:
對于芯片封裝工藝而言,無鉛化是不可逆轉的全球性趨勢。選擇無鉛錫膏已不是一道選擇題,而是一道必答題。工程師們的挑戰不再是要不要用無鉛,而是如何用好無鉛——即通過優化合金配方、精細控制工藝參數、選用合適的基板和元件,來克服無鉛焊接帶來的高溫、潤濕性差和潛在脆性等問題,最終確保封裝產品的質量和長期可靠性。
芯片封裝前錫膏助焊劑清洗劑介紹:
水基清洗的工藝和設備配置選擇對清洗精密器件尤其重要,一旦選定,就會作為一個長期的使用和運行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。
污染物有多種,可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環境中的濕氣,通電后發生電化學遷移,形成樹枝狀結構體,造成低電阻通路,破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層,在PCB板表層下生長枝晶。除了離子型和非離子型污染物,還有粒狀污染物,例如焊料球、焊料槽內的浮點、灰塵、塵埃等,這些污染物會導致焊點質量降低、焊接時焊點拉尖、產生氣孔、短路等等多種不良現象。
這么多污染物,到底哪些才是最備受關注的呢?助焊劑或錫膏普遍應用于回流焊和波峰焊工藝中,它們主要由溶劑、潤濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分,焊后必然存在熱改性生成物,這些物質在所有污染物中的占據主導,從產品失效情況來而言,焊后殘余物是影響產品質量最主要的影響因素,離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降,松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質引發接觸電阻增大,嚴重者導致開路失效,因此焊后必須進行嚴格的清洗,才能保障電路板的質量。
合明科技研發的水基清洗劑配合合適的清洗工藝能為芯片封裝前提供潔凈的界面條件。
合明科技運用自身原創的產品技術,滿足芯片封裝工藝制程清洗的高難度技術要求,打破國外廠商在行業中的壟斷地位,為芯片封裝材料全面國產自主提供強有力的支持。
推薦使用合明科技水基清洗劑產品。
合明科技致力于為SMT電子表面貼裝清洗、功率電子器件清洗及先進封裝清洗提供高品質、高技術、高價值的產品和服務。合明科技 (13691709838)Unibright 是一家集研發、生產、銷售為一體的國家高新技術、專精特新企業,具有二十多年的水基清洗工藝解決方案服務經驗,掌握電子制程環保水基清洗核心技術。水基技術產品覆蓋從半導體芯片封測到 PCBA 組件終端的清洗應用。是IPC-CH-65B CN《清洗指導》標準的單位。合明科技全系列產品均為自主研發,具有深厚的技術開發能力,擁有五十多項知識產權、專利,是國內為數不多擁有完整的電子制程清洗產品鏈的公司。合明科技致力成為芯片、電子精密清洗劑的領先者。以國內自有品牌,以完善的服務體系,高效的經營管理機制、雄厚的技術研發實力和產品價格優勢,為國內企業、機構提供更好的技術服務和更優質的產品。合明科技的定位不僅是精湛技術產品的提供商,另外更具價值的是能為客戶提供可行的材料、工藝、設備綜合解決方案,為客戶解決各類高端精密電子、芯片封裝制程清洗中的難題,理順工藝,提高良率,成為客戶可靠的幫手。
合明科技憑借精湛的產品技術水平受邀成為國際電子工業連接協會技術組主席單位,編寫全球首部中文版《清洗指導》IPC標準(標準編號:IPC-CH-65B CN)(“Guidelines for Cleaning of Printed Boards and Assemblies”),IPC標準是全球電子行業優先選用標準,是集成電路材料產業技術創新聯盟會員成員。
主營產品包括:集成電路與先進封裝清洗材料、電子焊接助焊劑、電子環保清洗設備、電子輔料等。
半導體技術應用節點:FlipChip ;2D/2.5D/3D堆疊集成;COB綁定前清洗;晶圓級封裝;高密度SIP焊后清洗;功率電子清洗。
上一篇:PCB嵌入式封裝支持GaN器件工藝路徑和合明科技···
下一篇:沒有了!