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最新産品推介

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最新産品推介

中亞(天津)電子錫焊技術有限公司

重視環保、提倡綠色産品是當今世界經濟發展的大趨勢。鉛錫焊料的使用已有約兩千年的曆史,在現代電子裝配工業中更是得到廣泛應用。由于鉛對人體神經系統的損害給人類健康帶來不可忽視的危害,鉛污染問題日益受到人們的重視,以至于國際上已禁止在電子裝配工業中使用含鉛材料。為積極響應全球綠色制造、無鉛化制程的趨勢,與國際上已發展的無鉛焊料專利相抗衡,發展具有自主知識産權的無鉛焊料已成為電子制造業的當務之急。同時,電子工業日新月異的發展對焊接性能也提出了越來越高的要求,微型化和高密度集成的焊點所承載的力學、電學和熱學負荷越來越重,對其可靠性要求日益苛刻。由于工作環境溫度變化導緻熱疲勞而引發的電子裝配失效問題一直是電子工業所面臨的最大難題。

自2006年開始,天津大學與中亞(天津)電子錫焊技術有限公司等從焊點服役過程熱力耦合循環作用入手,開展了Sn-Ag-Zn系無鉛焊料組織形成與演化機理的研究,提出了自适應無鉛焊料(通過焊料組分選擇及成形工藝控制,使其在焊料組織中生成具有形狀記憶性能的金屬間化合物AgZn相,确保高連接可靠性)的研發思路。形成了兩類具有自主知識産權的高性能、低成本自适應無鉛焊料産品。與國際主流SAC305焊料相比,所開發的高性能焊料的性能提高至1.6倍,原材料成本減少10%;同時通過大幅度降低Ag含量,開發了另一系列的高性能低成本焊料,其力學性能與國際主流SAC305焊料相當,原材料成本減少了45%。該研究成果已在中亞(天津)電子錫焊技術有限公司産業化,産品銷往天津、江蘇和西安等全國各地,實現銷售收入2100多萬元。産品性能穩定,獲得了用戶的認可與良好評價。

在研制和開發高性能、低成本無鉛焊料的過程中 ,該項目課題組不斷追求技術創新和産品性能提高。 “錫銀鋅系無鉛焊膏及其制備方法”、“低銀含量的錫銀鋅系無鉛焊料”、“一種自适應無鉛焊料成份及制備方法”、 “氧化锆納米顆粒增強型錫銀複合焊料及其制備方法”、“銅鋅鋁形狀記憶合金顆粒增強型錫銀複合焊料及制備方法”五項技術分别獲得了國家知識産權局頒發的發明專利證書。此外,出版專著1部,發表SCI論文35篇,其中Solder Surf Mt Tech 22 (2010) 13獲英國Emerald出版社2011年高度贊揚獎。


7-1 抗高溫蠕變的Sn-Cu基釺料合金
    在衆多的錫基無鉛釺料合金體系中,Sn-Cu共晶系釺料由于不含銀,有着優越的性價比。在國内電子制造行業中有着廣泛的應用。該合金主要應用于波峰焊、浸焊以及手工焊接等工藝。
焊接接頭的組織溫度性差是該釺料的主要缺點之一。這嚴重制約了其在高可靠性電子産品上的應用。該合金的抗氧化性能較差是其另一個缺點,抗氧化性能差使得在波峰焊過程中液态釺料的出渣率增加,提高了成本。
    針對該合金存在的上述問題,我們經過長時間的深入研究,采用微合金化的手段,通過添加Co、Ni、P等多種微量元素,大幅提高了Sn-Cu釺料合金組織,特别是焊接接頭界面組織的高溫穩定性和釺料的抗氧化能力。
    研究發現,Co和Ni可以有效改變釺料/銅基闆界面化合物的形态。圖1(a)和(b)分别給出了傳統的Sn-Cu/Cu反應界面和本專利合金SC-Co-Ni-(P)/Cu界面化合物形貌的顯著差别。可以發現,微量的Co、Ni可以使界面化合物從粗大的扇貝裝轉變爲密實的層狀結構。盡管焊态下本專利合金所形成的化合物層有所增厚,但是由于界面層密實、平坦,焊接接頭在受外力作用時,界面處不容易出現應力集中,因此接頭的力學性能有所提高,特别是抗沖擊和抗震動性能要優于扇貝裝的界面結構。
    最新研究發現,這種層狀界面化合物還具有一個顯著的優點,就是組織的高溫穩定性要顯著優于扇貝狀界面結構,在高溫老化試驗中,其增長速度顯著低于扇貝狀的界面結構。
    更爲重要的是,經過對界面組織的顯微分析發現,密實的層狀化合物層還可以有效抑制Cu基闆側Cu3Sn化合物的形成。圖2是兩種界面組織在經過150度24小時時效後界面層的顯微組織結構,可以看出,在扇貝狀界面層下已經形成了一層連續的Cu3Sn化合物層,而在密實的層狀界面層下幾乎看不Cu3Sn層的出現。我們知道,Cu3Sn化合物的存在是由于在界面層處由于Sn與Cu原子擴散速度不同所形成的,它的形成往往伴随着Kenkidall 空洞的出現,這是造成接頭力學性能下降,特别是抗蠕變性能下降的主要原因。在扇貝狀界面層中,相鄰兩個扇貝狀Cu6Sn5化合物之間爲Sn、Cu原子的擴散提供了快速通道,因此Cu3Sn化合物層很容易形成;而在層狀界面層結構中,切斷了這種快速擴散通道,所以Cu3Sn化合物的形成速度大大降低。
    圖3是Sn-0.7Cu和SC-Co-Ni-P合金釺接Cu接頭經過150度24小時高溫時效後的蠕變性能測試結果。可以看出,本釺料合金的焊接接頭的抗蠕變性能增加了一倍以上。同時,該合金的潤濕性能也有所提高,圖4是兩種合金在銅表面上的潤濕性試驗結果。 該合金不含Pb等禁用元素,也不含Ag等貴金屬材料,成本低廉,焊接工藝性能與Sn-0.7Cu釺料合金接近。可以适用于各種電子産品的封裝,特别是對于需要在高溫環境下長期服役的電子産品來講,具有獨特的優越性。
    該合金已經申報國家發明專利,專利申請号:2009100705088

 

 

圖1 Sn-0.7Cu與SC-Co-Ni-P釺料在Cu表面界面化合物層的形貌對比。

(a)Sn-0.7Cu

(b)SC-Co-Ni-P

圖2 150℃時效24小時後界面IMC形貌

圖4 微量Co、Ni元素對Sn-0.7Cu鋪展性能的影響

 


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