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1、摘要电子组装业有铅钎料禁用期限日益临近。行业包括材料、设备、生产等各环节的厂商都在加快无铅制程导入的步伐。无铅化过程中，表面组装的焊接工艺至为重要，而随着熔点较高的新型钎料陆续应用，焊接过程的冷却速率也逐渐成为被关注点。无铅钎料熔点较Sn-Pb共晶提高30-40，焊接温度相应提高。炉温的提高对元件和电路板构成挑战，焊接出炉温度也相应提高，钎料液相线上时间相对延长。较快的冷速可以控制出炉温度，从而一定程度的控制焊点部组织以及界面化合物的厚度，提高焊点质量。本文基于实际的回流焊生产工艺，研究冷却速率对无铅焊点质量的影响。主要研究两种无铅焊膏在不同冷速下焊点微观组织和力学性能的变化。实测冷速在-4/
2、S -6.5/S之间时形成的无铅焊点具有以下特点：微观组织细化，金属间化合物Ag3Sn和Cu6Sn5呈细颗粒状在钎料中弥散分布，使焊点断裂为韧窝断裂模式，可以起到类似复合材料的原位增强作用。在钎料和Cu盘的界面，化合物厚度较小，且呈大波浪形态，容易缓解应力集中的问题，焊点的力学拉脱载荷最大；当冷速小于-1.5/S时，组织粗化。部Ag3Sn粗大而尖锐，界面的Cu6Sn5呈冰凌状，且厚度较大。焊点在推剪时这成为裂纹萌生点，焊点的力学拉脱载荷最小。关键词回流焊；冷却速率；拉脱载荷；推剪；焊点质量；AbstractThe legislation to ban the use of Pb-based s
3、olders will become effective im-mediately, which provide a driving force for enterprises to accelerate Pb-free process. Its found that reflow soldring plays an important role in Surface Mount-ing Technology ,moreover, cooling rate in reflow soldering profile is getting more and more attention after
4、the use of high-melting-point solders.The melting point of Pb-free solders is 3040 higher than Sn-Pb eutectic solder. The increase of temperature in reflower becomes a challenge of Print Circuit Board (PCB) and components. As a result, the Time Above Liquid (TAL) of solder joints becomes longer, the
5、refore, fast cooling in reflow soldering is used for controlling the PCBA temperature , improving the microstructure of joints and decreasing the thickness of intermetallic compound , consequently, high quality products can be obtained.How cooling rate affects the quality of soldering joints in lead
6、-free process was studied in this paper. The experiments were based on practical industrial production and it focused on the effect of cooling rate on microstructure and mechanical properties. When cooled at 46/S, the microstructure of joints were refined, the IMC of Ag3Sn and Cu6Sn5 phases disperse
7、 in eutectic network in joints which present spherical particles. The fracture of these joints after tensile failure presents dimple mode. Furthermore, the thickness of IMC was thin and it present gentle incline morphology. It KeywordsRflow Soldring;Cooling Rate;Pulll；Push;不要删除行尾的分节符，此行不会被打印目录摘要IAbs
8、tractII第1章 绪论11.1 课题背景11.2 研究现状21.2.1 电子组装工艺21.2.2 无铅回流焊工艺31.2.3 无铅回流焊中冷却速率研究现状51.3 本文主要研究容10第2章 不同冷速的无铅焊接工艺实验112.1 引言112.2 试验条件112.2.1 试验材料112.2.2 试验设备132.3 温度曲线调试142.4 焊接试验结果182.5 本章小结19第3章 冷速对无铅焊点微观组织的影响213.1 引言213.2 无铅焊点微观组织213.3 冷速对焊点部组织的影响243.4 冷速对焊点界面组织的影响283.5 不同冷速对时效过程界面IMC生长的影响303.6 本章小结33
9、第4章 冷速对无铅焊点力学行为的影响344.1 引言344.2 冷速对无铅焊点力学性能的影响344.2.1 力学测试仪器344.2.2 QFP焊点的力学测试354.3 冷速对无铅焊点断裂行为的影响384.3.1 QFP焊点拉脱断裂模式384.3.2 QFP焊点的断口特征414.3.3 片式电阻焊点推剪的断口特征414.4 本章小结43第5章 无铅回流炉的冷却模块445.1 引言445.2 回流炉结构445.3 本章小节46结论47参考文献48附录49攻读学位期间发表的学术论文50致51索引52个人简历53千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。
10、打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行第1章 绪论1.1 课题背景欧盟的WEEE和RoHS两指令规定从2006年7月1日起全面实现无铅化电子组装。中国顺时而动，也以此为有铅的禁用期限 。包括法令、市场竞争和客户要求等在的诸多因素都促使国企业必须加速导入适于自身产品的无铅制程。应对无铅运动挑战对企业而言可谓逆水行舟，不进则退。所以各企业必须从无铅SMT的特性包括材料、工艺、设备以及DFM（Design For Manufacture）等各方面着手，制定最适合自己产品的无铅制程。通过几年来的努力,国企业对于无铅回流焊已经积累了较为丰富的经验。在焊膏方面，Sn-Ag和Sn-Ag-
11、Cu系合金已经广泛应用 钱乙余, 王凤江等. 国内外无铅钎料发展综述. 锡焊料行业厂长联络网成立十周年会议.中国海口. 2003, 4:17-30，供应商们仍在努力研究，相信更优性能更低成本的助焊剂和焊膏将会陆续出现；在设备方面，无铅制程中受影响最多的回流焊机通过在加热模块、氮气保护、助焊剂回收管理、智能控制等方面的开发逐渐适应了无铅 找一篇设备的；工艺方面，通过制程优化和精确的温度控制，缺陷已经大为减少，成品率和焊点可靠性逐渐得到提高。但是，由无铅焊膏自身特性带来的一些新问题如竖碑、表面裂纹、锡须等等仍未能彻底解。各类缺陷问题在陆续出现，但客户对产品的质量要求却不断提高，这促使制造工艺尤其是
12、焊接工艺愈来愈受人们关注。针对高可靠性要求的通讯设备、汽车电子等产品，设备商、材料商和制造商通常派出技术人员共同解决生产中出现的工艺缺陷。其中，在有铅电子组装工艺中并不受重视的冷却速率在无铅导入过程中逐渐引起人们的关注。因为 Hall, W.J. Cooling Parameters in Reflow Soldering, APEX 2000, Long Beach, CA, 2000.、 Yunus.M, Srihari.K, Shear Strength of Lead Free Solder Alloys, Technical Report, Area Array Consortium
13、, Universal Instruments Corporation, Binghamton, New York, 1999：1）铅焊接温度升高，PCB组装板出炉温度高。高温时间过长必然造成对元件、焊盘镀层以及PCB板等的热冲击。需要可靠的冷却手段降低出炉温度。2）焊点钎料液相线以上时间必须加以控制，以减少钎料和焊盘的反应时间，防止脆性的金属间化合物生长过厚，影响接头强度。3）无铅焊点表面发黑，改变冷速可以改变焊点光亮。然而，冷却速率并非越快越好，过大的冷速又会导致应力集中，出现元件破裂和PCB翘屈等缺陷。且焊点在钎料、PCB组件密度和尺寸、焊盘材料等诸因素不同时对冷速率要求也不尽相同。工艺
14、人员制定温度曲线时多凭经验，没有较为深刻的认识。本文基于实际SMT生产研究冷却速率对无铅回流焊焊点质量的影响。主要研究冷速对微观组织和焊点的力学性能的影响，着重于研究工艺、焊点组织和焊点力学性能之间的关系。得出生产中冷却速率的确定方法，为SMT生产组装焊接工艺提供数据参考，并作为设备开发的基本工艺依据。1.2 研究现状1.2.1 电子组装工艺一款电子产品从构想到应用所经过的主要环节包括：电路设计（集成电路设计和PCB电路设计等）、元器件制造（半导体封装与测试）、PCB电路板制造、电子组装和产品的测试应用。其中电子组装是属于板级组装，即完成各类元件和电路板的互联。使各型元件在电路板上协同工作，实
15、现整机功能。电子组装使元件和电路板完成两种意义上的连接：一、机械连接，即达到一定要求的机械强度和使用可靠性；二、电气连接，即元件之间信号传输畅通无阻并且噪音小，抗干扰能力强。焊接是目前电子制造业中实现这两种连接应用最有效最广泛的连接方法。电子产品的焊接方法应用最为广泛的有两类，其一为通孔焊接(Through Hole Technology)。通孔焊接即元件引脚和电路板上确定位置的通孔相配合引脚插入通孔在以钎焊完成连接。为了实现群焊，发展起来波峰焊完成通孔焊。通孔焊接的优点在于连接强度高，易于实现，成本较低。但是随着电子产品的高密度化和小型化，通孔焊要进一步提高组装密度减小体积变得较为困难。相对于通孔焊接发展起来表面组装(Surface Mounting Technology)即直接把元件的焊端或引脚贴装在PCB表面的焊盘上，以回流焊完成电气和机械连接。表面组装是组装工艺中的具有革命性意义的进步。由于相应的发展起来各种封装形式的贴装元件，该技术使得组装密度大为减少，结构更为紧凑。同时电信号的传输距离缩小，抗干扰能力增强，电气性能也大大提高 张文典，实用。表面电子组装工艺主要环节包括：焊膏印刷、元件贴装和回流焊。焊膏印刷工艺主要由印刷机实现。印刷机上刮刀从具有一定厚度的模板上刮过，由于模板上有和PCB焊盘一
