概述
在微电子器件的装配流程里,焊接技术几乎是“刚需”。器件与电路板间的焊接操作,一方面要牢牢固定器件,另一方面得实现电气与热学的连接;而器件的密封环节,更是完全依赖焊接技术。当印制电路板(PCB)成为元件组装的主流基板材料后,铅 - 锡合金曾长期霸占引脚插入式(PTH)元件引脚焊接的“标准材料”宝座。直到近年表面贴装技术(SMT)崛起为关键封装手段,焊接方法与焊锡的选型,才又跃升为封装工艺的核心技术焦点之一。
可焊接性,作为评判元件与基板焊接能力的关键指标,聚焦于加热阶段,能否在基体表面“刨”出清洁金属面,让熔融焊料得以在基体表面实现良好润湿。其效果由焊料或焊膏的助焊效率,以及基板表面质量共同左右。
可润湿性,则关乎在焊盘表面构建平坦、均匀且连续焊料涂覆层的能力,是焊料在焊盘表面达成优质焊接的基础前提。若润湿性不佳,焊料在焊盘表面会出现反润湿、不润湿,甚至针孔等不良现象。
焊接 依据组成金属差异,常见分类及特性如下: (1)铅锡合金焊料 基于铅、锡含量占比,细分为高铅、高锡焊料。 高铅焊料:适配高温焊接场景,锡含量可低至 10% 。180 - 300℃区间保持固态,多步焊接中优势显著 —— 若后续采用低温焊料二次焊接,先期高温焊料可稳固焊点,避免移位。 高锡焊料:应对防腐蚀需求,锡含量越高,机械强度越强,但成本同步攀升,需在性能与成本间权衡。 (2)铅锡银合金焊料 为优化焊接性能,向铅锡合金中添加其他金属时,仅少数金属可提升焊接强度: 加入金,易生成颗粒状中间化合物,引发焊料内部应力集中,导致脆化; 加入铜,会显著推高熔化温度; 加入适量银,可同步强化强度与延展性,实现 “刚柔并济”,成为性能优化的关键路径。 (3)铅锡锑合金焊料 锑元素的加入,可增强焊料强度,但会削弱浸润能力,一般添加量需低于 3.5% 。若锑含量超 6%,会生成中间化合物 SbSn,致使焊料脆化。不过,因锑成本低于锡,用锑替代部分锡,可有效压降焊料成本,在成本敏感场景具备应用价值。 (4)其他合金焊料 添铜:减缓铜在焊接过程中的溶解速率,延长焊接工具(如铜质烙铁头)的使用寿命,降低运维成本; 添铟:提升焊料对陶瓷表面的润湿性,同时抑制金在焊锡中的溶解,适配陶瓷基板、含金元件的焊接需求; 添铋 / 镉:可调配出低熔点焊料,满足热敏性元件、低焊接温度场景的工艺要求。 焊膏 焊膏,又称焊糊或焊锡膏,早期配方由铅锡合金粉末与氯化锌石油蜡膏载体混合而成,呈黏稠膏体状态,对铜表面具有优异的浸润与焊接性能。自应用于表面封装焊接工艺以来,其凭借良好的自动化兼容性,极大推动了微电子器件生产工艺的革命性进步。 具体工艺流程为:先通过精密设备将焊膏涂覆于焊接位点,利用焊膏的黏性实现元件的临时固定,再经软熔焊工序使焊锡熔化并浸润元件,最终形成牢固的焊接连接。鉴于其工艺简洁性与自动化适配优势,焊膏已成为元件与PCB键合的主流焊接材料。 焊锡膏的组成原料超过5种,核心成分为焊锡粉料,其颗粒呈球状,粒径分布在5~150μm范围内。目前,焊锡粉的制备工艺包括气体喷雾法、旋转盘雾化法、旋转多孔罐法及喷射塔法等,不同工艺路线会对粉粒的微观形态与性能参数产生显著影响,需根据具体焊接需求进行工艺选型。 助焊剂 助焊剂作为焊接工艺的关键组分之一,其选择直接关系到焊接质量与电连接的长期可靠性。从化学作用机制来看,助焊剂通过与元件表面氧化膜发生化学反应,生成可被熔融焊锡合金置换的产物,从而为焊锡浸润洁净金属表面创造条件;在热传导层面,助焊剂充当热传导媒介,协助熔融焊锡将热量传递至元件,使其达到适宜的浸润温度;而在物理性能方面,助焊剂可降低焊锡与元件表面的界面张力,促进焊锡在焊接部位的流动性与金属性浸润。 助焊剂的核心性能指标包括: 助焊活性:指其辅助熔融焊锡浸润焊件表面的能力; 化学侵蚀性:指助焊剂及其残留物对焊接件的腐蚀程度,通常活性越强,侵蚀性越高; 可清洗性:指残留物的清除难度。 当前常用的助焊剂类型及特性如下: 松脂焊剂(松香焊剂):活性与侵蚀性较低,可用皂化剂水溶液清洗; 树脂焊剂:具有较高的热稳定性,残留物易于有机溶剂溶解,清洁便捷; 水溶性有机焊剂:通常含有高离子化有机卤化物或有机酸,残留物具有潜在危害性,焊接后需进行必要的水洗处理; 免清洗焊剂:焊接后无需额外清洗工序,可简化焊接工艺流程。
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