Teknik PCB - Faktor yang menentukan sambungan tentera bebas lead PCB

Dengan semakin banyak produk elektronik PCB bebas lead di pasar, masalah kepercayaan telah menjadi fokus perhatian banyak orang. Tidak seperti isu lain yang berkaitan bebas lead (seperti pemilihan sidang, tetingkap proses, dll.), kita sering mendengar pandangan yang sangat berbeza tentang kepercayaan. Pada permulaan, kami mendengar banyak "ahli" mengatakan bahawa bebas lead lebih dipercayai daripada tin lead. Semasa kami percaya ia benar, pakar lain berkata bahawa tin-lead lebih dipercayai daripada lead-free. Yang mana yang perlu kita percaya? Tergantung pada situasi tertentu.

Kekepercayaan sambungan tentera bebas PCB adalah masalah yang sangat kompleks, yang bergantung pada banyak faktor. Kami hanya enumerasikan tujuh faktor berikut:

1) Tergantung pada ikatan penywelding. Untuk tentera reflow, ikatan tentera bebas lead PCB "mainstream" adalah Sn-Ag-Cu (SAC), sementara tentera gelombang mungkin SAC atau Sn-Cu. SAC dan Sn-Cu mempunyai ciri-ciri kepercayaan yang berbeza.

2) Tergantung pada keadaan proses. Untuk papan sirkuit besar dan kompleks, suhu soldering biasanya 260°C, yang mungkin mempunyai kesan negatif pada kepercayaan komponen PCB, tetapi ia mempunyai kesan yang kurang pada papan sirkuit kecil kerana suhu soldering maksimum reflow mungkin relatif rendah.

3) Tergantung pada bahan laminasi PCB. PCB tertentu (terutama papan sirkuit tebal besar dan kompleks) boleh menyebabkan delaminasi, retak laminat, retak Cu, CAF (mengendalikan wisker wayar anod) disebabkan suhu soldering bebas lead yang lebih tinggi bagi PCB disebabkan ciri-ciri bahan laminat. Kadar kegagalan seperti kegagalan telah meningkat. Ia juga bergantung pada penutup permukaan PCB. Contohnya, selepas pengawasan, terdapat bahawa gabungan antara penyeludupan dan lapisan Ni (dari penutup ENIG) lebih susah untuk pecahan daripada gabungan antara penyeludupan dan Cu (seperti OSP dan perak penyeludupan), terutama di bawah kesan mekanik (seperti dalam ujian jatuh). ). Selain itu, dalam ujian drop, tentera PCB bebas lead akan menyebabkan lebih banyak pecahan PCB.

4) Tergantung pada komponen. Komponen tertentu, seperti komponen pakej plastik, kondensator elektrolitik, dll., lebih terpengaruh oleh suhu tentera meningkat daripada faktor lain. Kedua, wayar tin adalah satu lagi isu kepercayaan yang memberi lebih perhatian kepada komponen-pitch halus dalam produk-end tinggi dengan kehidupan perkhidmatan panjang. Selain itu, modulus tinggi bagi ikatan SAC juga akan meletakkan tekanan yang lebih besar pada komponen dan menyebabkan masalah bagi komponen dengan koeficien dielektrik rendah-k, yang biasanya lebih cenderung untuk gagal.

5) Tergantung pada keadaan muatan mekanik. Kesensitiviti kadar tekanan tinggi bagi ikatan SAC memerlukan lebih perhatian kepada kepercayaan antaramuka tentera bebas PCB di bawah kesan mekanik (seperti jatuh, bengkok, dll.). Dalam kadar tekanan tinggi, tekanan berlebihan akan membawa kepada sambungan tentera mudah (dan/atau PCB). pecahan.

6) Tergantung pada keadaan muatan termomekanik. Dalam keadaan basikal panas, interaksi creep/kelelahan boleh menyebabkan kegagalan kongsi solder melalui kesan akumulasi kerosakan (ie, struktur coarsening/weakening, crack appearance and expansion), dan kadar tekanan creep adalah faktor penting. Kadar tekanan creep berbeza dengan ukuran muatan termomekanikal pada kongsi askar, sehingga kongsi askar SAC boleh bertahan lebih banyak siklus termal daripada kongsi askar Sn-Pb dalam keadaan "relatif ringan", tetapi dalam keadaan "lebih berat" lebih rendah daripada kongsi askar Sn-Pb bertahan lebih sedikit siklus termal. Muatan termomekanikal bergantung pada julat suhu, saiz komponen dan darjah ketidakpadanan CTE antara komponen dan substrat.

Contohnya, terdapat laporan yang menunjukkan bahawa pada papan sirkuit yang sama yang telah lulus ujian siklus panas, komponen dengan bingkai Lead Cu dalam kesatuan solder SAC mengalami lebih banyak siklus panas daripada kesatuan solder Sn-Pb, dan 42 pemimpin liga digunakan. Komponen bingkai (ketidaksepadan CTE PCB lebih tinggi) akan gagal lebih awal dalam kesatuan solder SAC selain kesatuan solder Sn-Pb. Juga pada papan sirkuit yang sama, bilangan siklus panas yang diikat oleh kongsi solder peranti cip keramik 0402 dalam SAC melebihi yang Sn-Pb, sementara bilangan siklus panas untuk 2512 komponen adalah sebaliknya. Untuk memberikan contoh lain, banyak laporan menyatakan bahawa kumpulan solder 1206 resisten keramik pada FR4 gagal dalam solder PCB bebas lead kemudian daripada Sn-Pb semasa basikal panas antara 0°C dan 100°C. Apabila had adalah -40°C dan 150°C, kecenderungan ini adalah sebaliknya.

7) Tergantung pada "faktor kecepatan". Ini juga faktor yang menarik dan berkaitan dengan sangat dekat, tetapi ia akan membuat keseluruhan perbincangan jauh lebih rumit, kerana ikatan yang berbeza (seperti SAC dan Sn-Pb) mempunyai koeficien pemecut berbeza. Oleh itu, kepercayaan sambungan tentera bebas PCB bergantung pada banyak faktor.