(3)含Bi量多的低温系焊料可靠性评价
低温系Sn—2Ag—7．5Bi—0．5Cu、Sn—2．8Ag—15Bi、Sn—2Ag—22Bi、Sn—1Ag—57Bi四种焊料的熔点、回流温度、机械特性等汇总在表7．4。该类焊料与Sn—10Pb镀层(
引线)的QFP在—55—125℃温度循环试验中，对接点要求是严格的。左面是200次循环后的接点外观、右面是100次循环后的接点断面，含Bi量在7．5％、15％时看不到异常情况，22％时可看到焊料中的空孔，57％时组织有明显变化。
空孔发生的原因，Sn—Bi—Pb约97℃时生成低温相，57Bi在137℃低温相时由Pb的进人而造成的。含Bi多的焊料，占有共晶组织的比例多(见图7．15)，当镀层成分Pb进入，作为初晶形成的熔点比较高，Pb进人在Sn晶间生成的57Bi共晶(低温相生成为97℃)，因为试验的温度为125℃，由再熔融因素就得到了组织发生变化的状态。22Bi断面上的空孔缺陷，想必是Sn晶，间低温相的生成，焊料的移动所形成的。57Bi的场合，Sn晶以微细粒状聚集，这时Pb容易掺人空孔缺陷减少，组织变化十分明显，57Bi三元共晶中对Sn基体周围的包围量还不十分充分，可推定为Pb的影响还没有遍及到全体的原因。
片式元件(Ni／Sn镀层)用上述四种低温焊料焊接后进行的抗挠性、高温放置、温度循环试验结果由下面说明。
初始剪切强度和
基板抗挠性评价o Bi量多的低温焊料与片式元件组装后，对基板的抗挠性和剪切强度与原来的Sn—37Pb相比，其性能还略高一些。焊料成分改变后与片式元件组装，经100℃、125℃、150℃的1000小时高温放置试验，以及—55-125℃1000次温度循环试验，剪切破坏时的强度与初始剪切强度的比率表示。各曲线是10只元件数据的平均值。结果显示，镀层为Ni／Sn的片式元件，利用Bi系焊料在100℃、125℃和—55—125℃长期试验条件下性能恶化很少，基本上没有问题。
但是在150℃时，由于Bil5％以上焊料Sn晶周围形成的137cC共晶成分超过5％，Sn晶周围的溶化将使强度显著降低。Bi7．5％的焊料经DSC分析在137℃的反应很少，这个微量经过1000小时试验是看不到强度劣化的。片式元件在150℃，经200小时放置后的弯月面外观观察，以Bi量比例在接合界面中心观察再熔融痕迹，是焊料中57Bi共晶组织(137℃)存在的因素，成为强度降低的原因。
表7．4中对上述四种焊料进行了综合评价，7．5Bi焊料焊接温度比其他品种高，在125℃可靠性试验上，外观组织是稳定的，15Bi与57Bi共晶比较，耐高温性好，但由于固相、液相间温差大，考虑到焊料提升问题不适宜在
波峰焊使用，同时在混合式组装工艺使用时也要注意，57Bi系焊料延伸性、抗挠性良好，可考虑在混合组装工艺中使用。(混装工艺
---波峰焊同
回流焊组合形式).
7.2.3 在波峰焊接的实用化研究
(1)通孔基板接点
波峰焊接时通孔基板接点产生的焊料提升机理，这种现象是基板焊接时基板一侧的焊区与焊料间的剥离，树脂系基板，对引线等的导热系数比较小，终凝固在基板焊区一侧。
含Bi量多的焊料，因液相线和固相线温差大的原因会影响凝固时间，初在容易冷却的引
线端部凝固，对弯月面有一定的约束，这期间由于基板厚度方向的热胀差形成的大收缩量，终凝固部分在靠近焊区一侧的焊料容易发生剥离。
为防止焊料的提升，采取急冷方式缩短凝固时间，并由Bi的分散保证接合界面的强度。基板焊区产生的焊料提升现象，经Bi层状偏析的XMA图像观察可参阅。目前的波峰焊装置，对固相、液相温差大的焊料，要在焊接中实现急冷程序可能不易办到，为此可使用低温系的57Bi共晶焊料。
无液相、固相温差的Sn-3Ag-Cu共晶焊料，在熔点218~C的瞬时会发生凝固，这种现象不是凝固中的提升，是由凝固时温度到室温形成的温差产生的热应力与接合界面强度关系，基板玻化温度在125~C1)9[上时，热膨胀系数就高，基板厚度方向的收缩量也比原Sn-37Ph大，由于Sn-3Ag-Cu共晶系接合界面强度大的原因，焊接中会少许发生一些提升现象。作为防止对策，可缓和焊料与基板组装时的热应力，在使用高温系焊料焊接通孔基板场合，可考虑使用Sn-3Ag-Cu共晶系或低成本的Sn-Cu共晶系焊料。
便用Sn—3Ag—5Bi焊料，在—55—125℃，1小时／循环，1000次循环后观察通孔两面基板的断面结果。由焊料提升部分的间隙扩展状态成为裂纹形状，实际上，经过温度循环发展成裂纹是不大可能的，正因为焊料提升因素，使接点部的应力已部分释放，对使用上是不会存在问题的。试验中还发现带Sn—Pb镀层基板与Sn—3Ag—5Bi焊料焊接时，基板通孔界面有时还存在提升，另外带薄镀层Au基板用上述焊料焊接时就不会产生提升不良。这个结果说明，通孔型两面基板的波峰焊接工艺，与金属层的组成只要是匹配的，就不会发生提升，有时通孔部稍微有焊料提升发生，对制品的使用不会有大的问题。
