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低温焊料会再次充当主角推动电子行业的新变革?

2017-03-23 09:36:24   来源:ITRI   打印

  在上世纪90年代初,基于环保因素的考量,全球焊料产业链掀起了电子无化的变革浪潮,通过焊料相关利益方的共同研究投入及欧盟强制法规的推动下,全球大部分焊料产品从2000年左右开始逐步向无铅焊料转变,从而也带动了电子元器件、印制线路板及电子组装设备的无铅转变。
  经过数十年的无铅化发展,焊料行业已经来到了更加个性化的发展阶段,将根据电子组装方案的不同进入自由选择焊接材料的时代。根据ITRI在2013年及2015发布的全球焊料技术线路图中,我们可以看到当前焊料发展方向主要有低或无银高性价比焊料、低温无铅焊料、高温无铅焊料、高可靠性无铅焊料及焊料更微细等。
  低银或无银高性价比焊料
  伴随着2006年银价开始急剧的攀升,行业开始大量着力于通过改性低银焊料合金性能,减少焊料中银的含量来降低组装成本。很多电子组装企业通过大量验证性导入实验,在满足产品质量要求的前提下,逐步的切换成低银或无银焊料系列产品。当然,在很多电子行业依然在使用高银焊料,比如通讯电子、汽车电子、医疗电子等。
  高温无铅焊料
  为了满足日益临近的法规要求及特殊环境下工作要求,应用于半导体封装及发动机控制模块的高铅焊料及油井井内电子将需要更好的无铅焊料来替代。目前行业已经开发出复合焊料及其它金属基焊料作为备选材料。
  高可靠性无铅焊料
  随着汽车电子化,机电一体化的发展,這些与生命安全的紧密相关的控制电子,对电子产品可靠性的要求将会越来越高。比如近年代,行业多个机构联合协作,开发出了耐热疲劳及抗震性能更高的高银无铅焊料合金。目前,行业相关研究机构仍在开发更多高可靠性无铅焊料合金以满足日益增长的需求。
  微细化焊料
  随着消费类电子产品向空间更小的方向发展,3D封装提供了解决方案,同时需要更细小的BGA球、更细颗粒的锡膏来满足更精密组装的需求。
  低温无铅焊料
  早期无铅焊料研究时,由于In资源的匮乏,所以SnIn系焊料应用领域有限;由于SnBi系焊料发生塑性变形时,延伸率很低表现出脆性;另外在80至125度服役时,铋系组织容易粗大化,晶粒粗化造成焊料强度降低脆性增加等可靠性风险大的原因而没有被行业广泛认可。但由于LED焊接及散热模块必须在低温下焊接才能满足产品工艺要求,所以在此领域还有一定的应用。
  随着摩尔定律的持续推进,芯片越来越高度集成化,越来越薄,从而导致芯片在电子组装时更容易发生翘曲,产生枕窝、桥连、及不润湿的缺陷。为了解决此问题,英特尔在2013年联合广达电脑共同发起低温无铅焊接研究项目。同时,基于可以降低电子组装能耗及减少CO2的排放的益处,2015年联想、联宝、仁宝、纬创资通、神达等笔记本电脑主板组装公司开始密切关注与研究使用低温焊料焊接的可行性。
  2016年12月22日,英特尔、联想及爱法组装材料共同在联宝召开低温焊料试产成功发布会,并指出新型焊锡膏产品已经通过60余项权威的可靠性测试,如切片测试、板弯测试,达到了进入全面量产的条件。2017年2月23日在电子知名媒体i-connect007向全球发布联想将于2017年在8条SMT生产线上使用低温焊料,截至2018年底,联想将有33条SMT生产线(每条生产线配备两部焊接炉)采用新工艺。2017年3月14日,英特尔与联想再次联手在SEMICON中国展上向电子行业展示使用低温焊料的ThinkPad E系列笔记本电脑。
  广达电脑SMT技术中心副处长吴金昌先生表示:“广达电脑也将会根据其品牌客户的要求制定实施低温焊接工艺,预计到2018年年底会有50%的笔记本电脑制造行业将会切换成低温焊接工艺。新型低温锡铋系焊料虽然能够满足现有的笔记本测试标准,但是相对与SAC305焊料可靠性还是要略差一些,所以在手机及汽车电子等行业替代SAC305焊料可能性很小。但其它电子产品若有兴趣转换成低温焊料,则同样需要做大量可靠性验证性工作。”
  另外从中国铟铋锗协会了解到2016年全球铋的产量为14024吨,全球消费量为13406吨,中国消费量为4900吨,如果到2018年平板电脑行业完全切换低温焊料,预计将会增加近400吨左右的铋消费。如果其它电子产品也有少量的导入低温焊料,也可能会导致铋供应的极大缺口,引起铋金属的飙涨,可能会导致焊料原材料成本最终上升。
  综上所述,我们认为无铅焊料在未来还将会以多元个性化的方向发展,低温焊料在笔记本电脑行业的发展已成必然趋势,这对于部分焊料企业发展也是一个新的机遇,但低温焊料的应用领域有一定局限性,最终的发展市场将取决于其技术性能与材料成本的综合情况。

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