7．2 Sn—Ag—Bi系(中温型)…….日立公司应用事例
7．2．1 无铅焊料的应用说明
日立公司对无铅焊料的应用目标，2000年在各类产品中达到50％，2001年将达到100％。
目前已经开始应用的无铅焊料大致分为表7．3中的三类，即作为高温系的Sn—Ag，普通
基板和耐热性差的元件不能使用该焊料。焊接温度偏低，可保证中度可靠性的中温系Sn—Ag—Bi焊料和耐热性非常低的产品用的含Bil5％及57％，回流、
波峰焊用低温系焊料。
无铅焊料实用化的优选顺序应根据产品的可靠性为首要因素，此外，
回流焊场合，应以焊接温度、机械特性、熔融特性、成本为重要因素。波峰焊场合，应将使用成本、使用长期性(耐氧化、不纯物等问题)作为考虑的重要因素。
高温系Sn—Ag无铅焊料因具耐高温性、耐热疲劳性、耐蠕变性优点，接合可靠性方面没有什么问题，也就是焊料本身没有问题，被接合体(元件、基板等)因受到强的应力，有时可能会产生损伤，增加无铅焊料使用时的缓冲作用是用户所期望的。在即将要进入无铅化时代之际，去除接合界面的破坏应力因素，实行非破坏组装设计要个重要课题。
在无铅化的过渡时期，大部分
电子元件仍电镀Sn—Pb，在使用无铅焊料时，对焊接好的产品有必要进行可靠度的认定。中温、低温系无铅焊料所对应的使用对象应该明确，作为生产企业，应该具备无铅焊料的基础数据、制品可靠性数据、评价数据、使用界限、使用方法的规定等技术资料。
7．2．2 在回流焊上的组装应用
(1)焊料组成与引线上的金属层及组装的接合强度关系
当前的
电子元件电极上电镀的(Sn—10Pb)，Pb量约为lOmass％，Sn—Ag—Bi系无铅焊料对元件电极镀层的影响可通过接点的可靠性评价来表示。
从前面所知，焊料中的Bi会使接合强度降低，为确定这个因素，特对Sn—Ag—Bi焊料的Bi量在0—57mass％范围内的变化进行了模拟试验，试验用引线宽3mm，厚0．15mm对试验基板执行90度剥离测试，来测定接合强度，分析断面状况o
试验用引线有二种，一种是电镀Sn—Pb的42合金，另一种为Cu引线，结果显示，Cu引线对Sn—Ag添加Bi后不太敏感，在Bi量5mass％基本无变化，但42合金引线在Bi量2mass％时，接合强度明显下降。从破坏剥离面的分析，引线侧、焊料侧的剥离面展示，破坏断面发生在引线与焊料的界面附近，按Bi量其破坏状态存在着差异。不含Bi的破坏断面、引线侧有残余焊料，说明是焊料中的破坏，与过去Sn—37Pb的破坏模式是相同的。
Sn—Ag在添加2mass％Bi后，引线侧的焊料开始减少，结论是42合金上生成的化合物层和焊料界面的破坏，而Bi量的增加在焊料一侧是前的比例多，说明不参与反应的Bi在界面析焊接后Sn、Pb、Bi三元素的掺合，大约97℃Sn—Pb—Bi三元共晶析出，将Sn—2．8Ag—15Bi+a与Sn—10Pb金属层焊接组成的接合部进行DSC测定结果。97℃吸收的峰值，并析出三元共晶，这种析出状态对实际使用时是否会造成可靠性影响，能否在高温环境中使用等问题都要加以预测。
使用剥离试验方法测定比较容易，测定时的引线刚性可能比实物要强，同时这种测定方法与接合界面扁平部的大小所取得的数据，能否代表普遍性，还有待进一步探讨。除此之外，还有前几章介绍过的对QFP封装进行45度方向的剥离拉伸测试，这时接合点对应的是剪切方向、垂直方向力，引线的刚性比前者小，因焊料组成、镀层的差错，会对敏感性表现不一，但属于实物性测试，这二种试验方法，各有长短，可以并用。
Sn—3Ag—Cu高温系、Sn—3Ag—5Bi中温系、Sn—2．8Ag—15Bi低温系与各种金属镀层的接合强度。虚线表示是原来Sn—37Pb焊料与42合金的接合强度，弯月面强度12kSf，扁平部强度1．8kSf。Sn—3Ag—Cu焊料与Sn、Sn—Bi、Sn—Pb镀层的弯月面强度比原来强，但在扁平部却显示不出长处，由于抗挠性等初始强度对弯月面部的作用，给扁平部带来的强度降低影响可能考虑不到，这是需要改善的。含Bi5mass％、15mass％焊料与Sn—3Ag—Cu比较，接合强度显著减少。
(2)Bi浓度的变化与接合部的温度循环试验
Sn—3Ag—0．7Cu焊料中由Bi量变化的示意，条件：42合金引线电镀Sn—10Pb，温度—55-125~C，1小时／循环，经样板封装温度循环的试验结果。样板封装的接合点是按照承受大的应力，应变作用设计的，剥离强度与前述相同，由Bi量的增加而寿命下降。没有Bi的场合，开裂沿着引线在焊料中进展，除去快速情况下的焊料开裂，焊料的破坏靠近在界面附近，由Bi量变化的断裂寿命同初始剥离强度表示的破坏强度一致。在加入Bi的焊料场合，把焊料镀层由Sn—10Pb改为Sn镀层，这时界面强度提高，且不易生成低温相，寿命可大幅提高。但是，目前元件电极的镀层不可能在短期内全部改成Sn镀层，在这个过渡期可以对应使用没有Bi的高温系焊料和加入少量Bi的中温系焊料，想必是可行的。
