焊錫材料學問梳理焊錫通常定義為液化溫度在400°C(750°F)以下的可熔合金。裸片級的(特別是倒裝芯片)錫球的根本合金含有高溫、高鉛含量，比方Sn5/Pb95或Sn10/Pb90。共晶或臨共晶合金，如Sn60/Pb40，Sn62/Pb36/Ag2Sn63/Pb37CSP/BGA/鉛或錫/鉛/銀材料。由于傳統(tǒng)板材料，如FR-4，的賴溫水平，用于附著元件和IC包裝的板級焊錫局限于共晶，臨共晶的錫/鉛或錫/鉛/銀焊錫。在某些狀況，使用了錫/銀共晶和含有鉍(Bi)或銦(In)的低溫焊錫成分。焊錫可以有各種物理形式使用，包括錫條、錫錠、錫線、錫粉、預制錠、錫球與柱、錫膏和熔化狀態(tài)。焊錫材料的固有特性可從三個方面考慮：物理、冶金和機械。物理特性對今日的包裝和裝配特別重要的有五個物理特性：冶金相化溫度(Metallurgicalphase-transitiontemperature)有實際的示意，液相線溫度可看作相當于熔化溫度，固相線溫度相當于軟化溫度。對給定的化學成分，液相線與固相線之間的范圍叫做塑性或粘滯階段。選作連接材料的焊錫合金必需適應于最惡劣條件下的最終使用溫度。因此，期望合金具有比所期望的最高使用溫度至少高兩倍的液相線。當使用溫度接近于液相線時，焊錫通常會變得機械上與冶金上“脆弱”。焊錫連接的導電性(electricalconductivity)描述了它們的電氣信號的傳送性能。從定義看，導電性是在電場的作用下充電離子(電子)金屬的，離子導電性是指氧化物和非金屬的。焊錫的導電性——隨著溫度的上升而增加。這是由于電子的移動性減弱，它直接與溫度上升時電子運動的平均自由路線(mean-free-path)的電阻也可能受塑性變形的程度的影響(增加)。金屬的導熱性(thermalconductivity)通常與導電性直接相關，由于電子主要是導電和導熱。(可是，對絕緣體，聲子的活動占主要。)裝技術的開頭，溫度膨脹系數(CTE,coefficientofthermalexpansion)SMT連接材料特性的溫度膨脹系數(CTE)FR-4板、焊錫和無引腳或有引腳的元件組成。它們各自(CTE)16.0×10-6/°C(FR-4);23.0×10-6/°C(Sn63/Pb37);16.5×10-6/°C();和6.4×10-6/°C(Al2O3無引腳元件)。在溫度的波動和電源的CTE的差異增加焊接點內的應力和應變，縮短CTE的大小，晶體構造和熔點。當材料具有類似的晶格構造，它們CTE與熔點是相反的聯系。熔化的焊錫的外表張力(surfacetension)是一個關鍵參數，與作用在外表分子之間的吸引力相對強度比焊錫內部的分子力要弱。因此材料的自由外表比其內部具有更高的能量。對熔濕焊盤的已熔化的焊錫來說，焊盤的外表必需具有比熔化的焊錫外表更高的能量。換句話說，已熔化金屬的外表能量越低(或金屬焊盤的外表能量越高)，熔濕就更簡潔。冶金特性在焊錫連接使用期間暴露的環(huán)境條件下，通常發(fā)生的冶金現象包括七個不同的轉變。塑性變形(plasticdeformation)。當焊錫受到外力，如機械或溫度應力時，它會發(fā)生不行逆變的塑性變形。通常是從焊錫晶體結合的一些平行平面開頭，它可能在全部或局部(焊錫點內)進展，看應力水平、應變率、溫度和材料特性而定。連續(xù)的或周期性的塑性變形最終導致焊點斷裂。應變硬化(strain-hardening)，是塑性變形的結果，通常在應力與應變的關系中觀看得到?；貜瓦^程(recoveryprocess)是應變硬化的相反的現象，是軟化的現象，即，焊錫傾向于釋放儲存的應變能量。該過程是熱動力學過程，能量釋放過程開頭時快速，其后過程則較慢。對焊接點失效敏感的物理特性傾向于恢復到其初始的值。僅管如此，這不會影響微構造內的可見的變化。再結晶(recrystallization)是常常在使用期間觀看到的焊接點內的另一個現象。它通常發(fā)生在相當較高的溫度下，涉及比回復過程更大的從應變材料內釋放的能量。在再結晶期間，也形成一套的根本無應變的晶體構造，明顯包括晶核形成和生長過程。再結晶所要求的溫度通常在材料確定熔點的三分之一到二分之一。溶液硬化(solution-hardening)，或固體溶液合金化過程，造(Sb)來強化Sn/Pb成分。如圖一所示。(precipitaion-hardening)包括來自有充分攪拌的微沉淀構造的強化效果。焊錫的超塑性(superplasticity)消滅在低應力、高溫順低應變率相結合的條件下。機械特性阻抗。中經受剪切應力。懦變是當溫度和應力(負荷)都保持常數時的一種全面塑性變形。這個依靠時間的變形可能在確定零度以上的任何溫度下發(fā)生?？墒?，懦變只是在“活潑”溫度才變得重要。應力比靜態(tài)負荷下小得多。因此，屈服強度，焊錫阻抗永久變形的靜在重復應力作用下增長，造成焊接點截面的承載力量下降。電子包裝與裝配應用中等焊錫一般經受低頻疲乏(疲乏壽命小于10,000周期)和高應力。溫度機械疲乏是用來介定焊錫特性的另一個測試模式。材料受制于循環(huán)的溫度極限，即溫度疲乏測試模式。每個方法都有其獨特的特性和優(yōu)點，兩者都影響焊錫上的應變循環(huán)。性能與外部設計計、要裝配的元件與板、用以形成焊接點的過程和長期使用的環(huán)境。還有，焊接點表現的特性是有別于散裝的焊錫材料。能不完全一樣。主要地，這是由于電路板層外表對焊錫量的高比率，著焊錫點厚度的削減，這種界面衰歇將更明顯。因此，焊接點的特性可能轉變，失效機制可能與從散裝的焊錫得出的不一樣。聯系的阻焊的設計(如限定的或非限定的阻焊)，將影響焊錫點的性能以及失效機制。對每一種元件包裝類型，觀看和介定各自的焊接點QFP的焊接點裂紋常常從焊點圓角的腳跟部的界面或焊錫球與板的界面覺察。另一個重要因素是系統(tǒng)溫度治理。IC芯片的散熱要求在不斷增室溫。在消滅由于過熱而引起的系統(tǒng)失效之前，IC的性能可能變得電路板的設計都會影響到散熱過程的效率。焊錫節(jié)點比其替代品聚合膠的傳導熱量要有效得多。的是懦變/疲乏的交互作用、金屬化合的進展和微構造的進化。失效模式隨系統(tǒng)的構成而變化，比方包裝類型(PBGA、CSP、QFP電容，等)、溫度和應變水平、使用的材料、圓角體積焊錫點幾何外形以及要求焊點的更好的溫度疲乏強度。無鉛焊錫錫提高到一個的性能水平。PCB裝配共晶錫/鉛(Sn63/Pb37)焊錫點通常遇到累積的退化，造成溫度疲乏。這個退化常常與焊點界面的金相粗糙有關，如圖二所示，而它又與鉛(Pb)或富鉛(Pb-rich)金相更親熱。沒有其它主要失效(金屬間化合、粘合差、過多空洞，等)的條件下，溫度疲乏環(huán)境中無鉛焊錫點的失效機制很可能不會涉及與錫/鉛一樣供更高的疲乏阻抗由于有適當的微構造進化圖三比較受溫度疲乏的無錫焊錫點的強度，顯