汽车电子制造中的高可靠性焊接材料

在汽车智能化的过程中，汽车电子从胎压监测系统、水温传感器、摄像头，到动力系统、底盘安全系统、自动驾驶域控制器，其应用贯穿整个汽车。市场研究与战略咨询公司 Yole Développement（Yole）在其《汽车半导体趋势报告》中称，2035年，C.A.S.E（互联、ADAS、共享、电动化）将成为一个价值 3180 亿美元的市场，汽车电子在其中发挥着关键性的作用。

在电子焊接材料领域，我们越来越多地被问到：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。

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。

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）

其中添加的微量元素，用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；固溶硬化，在这种情况下，Sb和Bi溶解在锡的固溶体中，并增加其强度。

Innolot™合金金相中，有些针状的长条形晶核结构，有裂纹时，会被此结构阻隔，起到结构加强的效果，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。

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。

那么，Innolot™合金的焊接强度能有多大幅度的增强呢？通过极限对比其冷热循环2000个次数后，目标元件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5），以及不同尺寸元件的重复验证结果综合看（如图6），Innolot™合金焊接都表现出明显的优势。

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，目前可以大致总结出对其焊接可靠性影响较大的几个方面：

结语

综合以上对比，我们可以看出Innolot™合金焊料，在焊接可靠性上有相当明显的优势。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地应用到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。

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。

罗金涛，贺利氏电子材料有限公司

来源：荣格-《国际汽车设计及制造》

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