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半導體功率器件的無鉛回流焊

發(fā)布時間:2023-10-09 責任編輯:lina

【導讀】半導體器件與 PCB 的焊接歷來使用錫/鉛焊料,但根據(jù)環(huán)境法規(guī)的要求,越來越多地使用無鉛焊料來消除鉛。大多數(shù)適合這些應用的無鉛焊料是具有較高熔點的錫/銀合金,相應地具有較高的焊料回流溫度。


無鉛焊料通常是錫/銀 (Sn/Ag) 焊料,或 Sn/Ag 焊料的變體。影響焊接工藝的主要區(qū)別是 Sn/Ag 焊料比 Sn/Pb 焊料具有更高的熔點。Sn/Ag 共晶 (96.5Sn/3.5Ag) 的熔點比 Sn/Pb 共晶 (63Sn/37Pb) 高 37°C。Sn/Ag 焊料的標稱共晶熔點為 220°C,Sn/Pb 焊料的標稱共晶熔點為 183°C。


半導體功率器件的無鉛回流焊
圖 1 無鉛 (Sn/Ag) 焊料的典型回流焊曲線


無鉛焊料的回流溫度

典型無鉛 (Sn/Ag) 焊料的熔點較高,需要在 240°C 以上進行回流。推薦的焊接或回流焊曲線必須確保短時間高于 240°C,同時考慮到設備溫度容差以及不同的產(chǎn)品和組件尺寸和質(zhì)量。功率半導體元件可以包括更大、更重的元件以及標準的更小的元件。這使得優(yōu)化 PCB 上所有組件的回流工藝變得更加困難。

無鉛焊料的預熱和加熱速率

錫/鉛焊料和無鉛焊料的預熱周期和加熱速率沒有顯著差異,并且通常不依賴于焊料合金的類型。

預熱時間和溫度主要由助焊劑系統(tǒng)決定。助焊劑必須清潔并去除待焊接表面的氧化層,包括 PCB 和元件引線。焊膏通常包含助焊劑和揮發(fā)性有機填充材料。預熱會去除多余的揮發(fā)性物質(zhì),而助焊劑則在那里工作。


半導體功率器件的無鉛回流焊
圖 2 鉛錫 (Pb/Sn) 焊料的典型回流焊曲線


半導體器件與 PCB 的焊接歷來使用錫/鉛焊料,但根據(jù)環(huán)境法規(guī)的要求,越來越多地使用無鉛焊料來消除鉛。大多數(shù)適合這些應用的無鉛焊料是具有較高熔點的錫/銀合金,相應地具有較高的焊料回流溫度。

較高的回流溫度受到元件和助焊劑的允許溫度的限制。這為無鉛回流焊創(chuàng)造了一個狹窄的回流溫度窗口。因此,無鉛焊料回流曲線的優(yōu)化比錫/鉛焊料回流曲線更為重要。無鉛焊接對于功率元件和其他較大質(zhì)量的元件也更為重要,因為它們需要更長的時間來加熱。

大多數(shù)無鉛焊料使用與錫/鉛焊料相同的助焊劑系統(tǒng),因此使用類似的預熱和加熱速率循環(huán)。

理想情況下,無鉛焊料的冷卻速率與錫/鉛焊料相同,但有時可能會出現(xiàn)問題,因為它們從較高的溫度冷卻。大型元件和具有極端 CTE 的元件容易受到影響。

無鉛焊料更加環(huán)保,并且適合通過適當?shù)幕亓髑€變化和控制來焊接大多數(shù)半導體元件。


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