— 贺利氏电子材料有限公司 罗金涛
在电子焊接材料领域,我们越来越多的被问到:新 一代产品需要比SnAgCu合金更高的操作温度,是否有
合适的焊料推荐?有没有比SnAgCu合金可靠性更高的 产品推荐?显然,在焊接可靠性要求更高的当下,无 铅焊料黄金搭档SnAgCu合金已经越来越难以应对自如
图1 TCT -40/+130后
a)SAC305的切片样品和b) SAC307的切片样品

怎样提升焊接材料的性能?是否有更优良的合金 材料解决方案?改性材料或者其它合金成分添加,是否
是更高效的选择?这些都需要焊接材料供应商给出答案
。好的消息是,经过不断尝试和优化,一种新的焊接 合金Innolot™被推出到市场。经过近几年的市场验证,其高性能的表现,得到越来越多行业应用端的关注。
那么,什么样的性能表现使其能脱颖而出呢?我 们知道电子产品的失效,主要源自于合金连接焊点的疲
劳失效。Innolot™合金焊料对普通操作温度和较高的操 作温度两种情况的可靠性有所改善。可靠性主要取决于 电子元器件(陶瓷元件等)与环氧树脂等基材,两种不 同热膨胀系数CTE(Coefficient of Thermal Expansion) 材料界面结合的质量。陶瓷材料的CTE一般较低,环 氧&玻璃材质基材CTE相对较高。当受热时,电路板比 焊接在它上面的陶瓷元件膨胀的多得多,这种不匹配 使焊接连接点承受剪切应力和应变。反复循环后,连 接点开始出现疲劳,裂纹可能出现并扩展,金属强度 比初始状态明显降低,甚至出现完全失效,正如图1中 所表现出的典型失效模式一样。
Innolot™合金,通过Sn95.5Ag3.8Cu0.7合金成 分中,添加Bi,Ni,Sb合金元素,达到提高合金性能的目
的, 显著提高陶瓷元件焊点的抗蠕变强度,如电阻和电 SnAg3.8Cu0.7和额外加入Ni、Sb、Bi合金元素)合金焊 点金相,一窥其原理。
图4 SnAgCu(SAC)合金的微观结构


与SAC焊点的金相结构相比,Innolot™合金的焊 点的结构被改变了,在Sn-Matrix有Sb 和Bi溶解之中,
生成Ag3Sn化合物的同时,不溶于Sn的Ni与Sn形成 IMC金属间的化合物以(Cu,Ni)6Sn5的形式存在,当在
更多次循环时,焊点所受的应力能够被Innolot™有效的 缓和,所以合金元素的加入使焊料合金层硬化以提高 焊料的抗蠕变性能。
图6 TCT -40/+130后 a)Innolot™焊料焊接的切片样品

标元件C 1206陶瓷电阻在-40/125℃ TS, Sn基板材料表 面测试,其剪切强度的下降幅度,与SnAgCu,
SnCuNi, SnPb合金比较(如图7),以及不同尺寸元件 的重复验证结果综合看(如图8),Innolot™合金焊接 都表现出明显的优势。
图7 Innolot™合金焊接C1206陶瓷电阻,TS -40℃/125℃下的剪切强度与其他合金材料对比


应用的案例可以给读者作为参考呢?答案是肯定的。根据行业的应用情况,大致可以总结出,更多的车用 电子制造领域,越来越多的应用到Innolot™合金焊料。在诸如车灯组件,电气控制系统领域,都有客户使用,或在评估使用相关焊料产品。可靠性验证方面有应用 要求达到2000+,甚至3000小时,取得绝对优势的内 部案例。
那么,在应用当中,Innolot™合金焊料有什么技 术要点需要注意的呢?根据相关技术案例积累,目前
基于以上的应用实践,相信在制造领域的小伙伴 们都能对Innolot™合金产品有一定的了解,没准你已
经在考虑采用它可能性。同时,应用材料的开发的伙 伴们,也在继续推动着这款产品的优化与调整,相信
在不久的将来,在市场上能越来越多看到他的身影。
在此,附上专利应用介绍: 该技术是在贺利氏
(Heraeus)主导下,其他工业伙伴参与开发的合作项目
。旨在提高应对恶劣环境无铅焊接可靠性。结果是与标
准SAC合金相比,该合金的可靠性能得到显着改善
。Innolot™在电子产品市场上推出多年,被公认为是
一种高可靠性热循环、抗热老化和抗振的合金,非常
适合汽车电子组装应用。lnnolot™ 合金可承受高温应
用的要求,同时仍可在标准无铅工艺温度下进行焊接
专利信息:美国专利商标局专利号US10376994B2;欧
盟专利号EP1617968B1;日本专利号JP5320556B2;
贺利氏所涉及产品线,供有需求的朋友们参考:

严孝钏 著;
容器,工作温度可达150°C。各元素在合金中的作用可 以参考表1. 表1:锡焊料合金元素的性能优点

其中添加的微量元素,以下两种方法之一提高焊
料的抗蠕变性:
弥散硬化,或者叫沉淀硬化,发生在元素不溶解于锡-
在这种情况下,镍形成金属间相析出冷却。
图2 弥散硬化示意图


果,类似于混凝土中的加强成分,这些可以通过对比 SnAgCu(SAC)合金焊点以及Innolot™(基于
可以大致总结出对其焊接可靠性影响较大的几个方面
表2:Innolot™合金焊料应用技术要点
