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摘要：介紹了“國內高可靠性微電子裝備用焊膏”研制工程第一階段的部分工作，即對國外的三款無鉛焊膏和兩款有鉛焊膏的共計19個項目的材料理化性能進行摸底試驗，主要包括焊膏的金屬部分性能、助焊膏部分性能和焊膏整體性能，并將試驗數據匯總統計和分析，研究不同品牌焊膏的各項理化性能，旨在全面摸清國外知名品牌焊膏的理化性能水平和差異。同時，為高可靠性微電子工藝用焊膏的性能檢測提供了方法。

關鍵詞：微電子裝備；焊膏；理化性能；可靠性

隨著SMT技術被廣泛應用，焊膏作為當今電子產品生產中極為重要的關鍵材料，在SMT生產中發揮著巨大的作用，焊膏質量好壞在一定程度上決定了焊接的質量及產品可靠性水平[1]。提升焊膏品質對于提升電子工藝裝配水平，提高企業經濟效益，推動技術創新，支撐產業升級，保障工業安全具有重要的戰略意義。目前國內焊膏品牌與國外品牌在質量和性能指標存在一定差距，特別是質量穩定性和可靠性方面有較大差距，高端產品加工制造不敢大面積應用國產焊膏，用戶對國產焊膏產品缺乏信心。為提高國產焊膏品牌的核心競爭力，需要充分摸清國內外品牌焊膏性能的差距，取長補短，為加速國內品牌焊膏高水平、高可靠性發展做準備。本研制工程對國內外知名品牌焊膏的理化性能、工藝性和可靠性進行全面摸底，分析差距形成的原因，并不斷優化國產焊膏，使其更具國際競爭力。本文介紹了研制工程第一階段的部分工作，對國外知名品牌的三款無鉛焊膏和兩款有鉛焊膏的全項目理化性能進行了性能檢測和研究分析。

1研究內容及方法

1.1研究內容

本文從焊膏的金屬部分、助焊膏部分以及焊膏整體三個方面對國外焊膏進行分析研究：焊膏金屬部分的性能研究主要包括金屬含量、合金成分、合金粉末粒度大小及形狀分布；焊膏助焊劑部分的性能研究包括酸值、擴展率、殘留物干燥度、銅鏡腐蝕和銅板腐蝕；焊膏整體部分的性能研究包括黏度、觸變系數、黏滯力、坍塌、錫珠、離子鹵化物含量、總鹵、離子清潔度、表面絕緣電阻和電遷移。

1.2研究方法

本文采用國內外較為成熟、通用的標準方法對焊膏的理化性能進行分析，其中，除合金成分參考GB/T10574標準、總鹵參考EN14582標準，擴展率、觸變系數和錫珠試驗參考JIS標準外，其余項目全部參考IPC-TM-650系列標準進行測試，對試驗結果進行評判的主要依據為IPCJ-STD-004B、IPCJ-STD-005A、IPCJ-STD-006C、JISZ3283等。應用到的分析手段主要包括顯微組織分析、電絕緣性能分析、化學成分分析和可靠性測試分析等。分析方法主要有：顯微測量法對合金粉末粒度進行分析；在線監測法測定表面絕緣電阻；離子色譜分析法對鹵化物含量進行定量分析；氧彈燃燒法對焊膏總鹵進行分析；化學滴定法及ICP-OES法對焊膏合金成分進行定量分析等。焊膏的材料理化性能分析分三部分展開：金屬部分分析，助焊膏部分性能分析，焊膏整體性能分析。樣品編碼“U”代表無鉛焊膏，“L”代表有鉛焊膏。為了確保數據的有效性和一致性，針對每個項目都進行了3~5組平行樣進行研究，將研究的數據進行匯總統計與對比分析。文中涉及的焊膏是從市面上采購的常用品牌，并進行盲樣編碼測試，所有測試結果均真實、有效。

1.3儀器設備

研究所用的主要儀器設備及型號為：電感耦合等離子原子發射光譜儀Agilent5100、場發射掃描電子顯微鏡S-4300&Genesis-60、離子色譜儀ICS-1500、SIR在線監測系統SIR-8328、黏滯力測試儀TK.1、高阻儀Agilent4339B等。

2研究結果

2.1金屬部分研究結果此部分內容研究了焊膏的金屬含量、合金成分、合金粉末粒度大小及形狀分布，金屬部分性能直接影響了焊膏的焊接工藝性與焊點可靠性。三款無鉛焊膏U-1、U-2和U-3的金屬含量均在88%~89%之間，且合金成分均符合SAC305的要求[2]，U-2和U-3的合金粉末粒度符合Type4，U-1符合Type3[3]。兩款有鉛焊膏L-1和L-2的金屬含量均在89%~90%之間，且合金成分均符合Sn63Pb37的要求，L-1的合金粉末粒度符合Type4，L-2符合Type3。金屬部分測試結果如圖1和圖2所示。2.2助焊膏部分研究結果此部分內容研究了焊膏中助焊膏部分的性能，助焊膏性能的優劣會直接影響焊接的工藝性。一般來說，酸值越高，焊膏中助焊劑所含活性物質越多，這些活性物質有利于焊接，但是若活性物質不能完全分解，其殘留物會增加線路板腐蝕、漏電和電遷移等的風險。無鉛焊膏中，酸值較大的是U-1，有鉛焊膏中，酸值較大的是L-1（如圖3所示）。值得一提的是，若焊劑的活性較強，則會對銅鏡腐蝕的結果有一定影響，結果表現為銅鏡具有穿透性腐蝕（即符合M級或H級[4]），在實際工藝使用過程中，如果印刷后放置一段時間再進行焊接，則會對焊盤、器件引腳造成腐蝕。經過銅鏡腐蝕試驗，U-1和U-2銅膜表面基本無變化，U-3、L-1、L-2銅膜減薄，但無穿透性腐蝕。銅板腐蝕則考察的是焊接后的焊劑殘留物對銅板的腐蝕性，五款焊膏的銅板腐蝕結果均為無明顯腐蝕，符合L級。擴展率可以表征助焊劑的助焊性能。根據擴展率的測試原理，擴展率與鋪展面積成正比，助焊劑的助焊能力越好，焊膏的鋪展面積就越大，焊點的高度就越低，擴展率就越大。五款焊膏擴展率結果均高出標準規定值（如圖4所示）[5]，其助焊性能良好。焊膏坍塌性能與材料的黏度、合金粉末大小、鋼網印孔大小、工藝制程等都有關系。小粒徑的合金粉末易塌邊，黏度過低也容易發生坍塌。五款焊膏的坍塌試驗結果并無差異，均符合IPC-J-STD-005A產品的技術要求。離子鹵化物含量考察焊膏鹵化物中游離的鹵化物含量。當離子鹵化物含量較高時，游離出的鹵酸根離子（F-、Cl-、Br-、I-）殘留在PCB上會對線路板表面產生腐蝕、漏電、電遷移等不良影響。總鹵考察焊膏整體的總鹵素含量，包含離子態的鹵化物和化合態的鹵素含量，需要符合環保要求。總鹵結果中，無鉛焊膏U-2的溴含量和有鉛焊膏L-2的溴含量均高于900mg/kg。離子清潔度考察了焊膏印刷在PCB板上的殘留物含量。五款焊膏的離子清潔度測試結果良好，說明焊膏的焊劑殘留物較少。詳細結果見表1。

3研究結論

本文展示了《國內高可靠性微電子裝備用焊膏》研制工程第一階段的部分工作，旨在為第二階段的工作提供技術支撐。文中對比分析了三款無鉛焊膏、兩款有鉛焊膏，共計19項性能指標，其中包括基礎理化性能、腐蝕性、電絕緣性、印刷性、離子及污染物等各項性能。綜上所述，三款無鉛焊膏中，U-1在電遷移試驗中發現電極出現腐蝕變色的現象，在長期的使用過程中出現腐蝕、漏電的風險較高，U-2總溴含量已經遠超出環保要求的最高限制0.09%，U-3在黏度、坍塌、錫珠和黏滯力整體表現不如U-1和U-2。兩款有鉛焊膏中，L-1的電遷移試驗在96h的電阻值均低于108Ω，雖然標準中未對電遷移的初始值做出明確要求，但是應該作為一項值得關注的風險。L-2的黏度、坍塌、錫珠、黏滯力和總鹵表現不如L-1。通過對研究數據統計分析發現，五款焊膏的各項理化性能雖然基本滿足標準技術要求，但在一些關鍵項目上的表現不盡人意，這些結果和分析將為研制工程后續的研究工作提供新的思路和方向，以期待能夠研制出各方面性能均優異的國產焊膏。

作者：張瑩潔 鄭冰潔 賴春潮 劉子蓮 羅道軍 單位：工業和信息化部電子第五研究所