PCB科技 - 决定PCB無鉛焊料互連的因素

越來越無鉛 PCB電子產品 在市場上, 可靠性問題已成為許多人關注的焦點. Unlike other lead-free related issues (such as alloy selection, 行程視窗, 等.), 我們經常聽到關於可靠性的不同觀點. 一開始, 我們聽到許多“專家”說無鉛比鉛錫更可靠. 就在我們相信這是真的時候, 另一比特“專家”說，錫鉛比無鉛更可靠. 我們應該相信哪一個? 這取決於具體情況.

PCB無鉛焊接互連的可靠性是一個非常複雜的問題，取決於許多因素。 我們簡單列舉了以下七個因素：

1）取決於焊接合金。 對於回流焊，“主流”PCB無鉛焊料合金是Sn-Ag-Cu（SAC），而波峰焊可能是SAC或Sn-Cu。 SAC合金和Sn-Cu合金具有不同的可靠性效能。

2）取決於工藝條件。 對於大型複雜電路板，焊接溫度通常為260°C，這可能會對PCB組件的可靠性產生負面影響，但對小型電路板的影響較小，因為最大回流焊接溫度可能相對較低。

3) Depends on the PCB層壓資料. Certain PCBs (especially large and complex thick circuit boards) may cause delamination, 層壓板裂紋, 銅裂紋, CAF (conducting anode wire whiskers) due to the higher lead-free soldering temperature of the PCB due to the properties of the laminate 材料. 諸如故障之類的故障率上升了. 它還取決於PCB表面塗層. 例如, 觀察後, it was found that the joint between welding and Ni layer (from ENIG coating) is more susceptible to fracture than the joint between welding and Cu (such as OSP and immersion silver), especially under mechanical impact (such as in a drop test). ). 此外, 在跌落試驗中, PCB無鉛 焊接會導致更多PCB裂紋.

4）這取決於組件。 某些組件，如塑膠封裝組件、電解電容器等，受焊接溫度升高的影響比其他因素更大。 其次，錫絲是另一個可靠性問題，在使用壽命長的高端產品中，它更關注細間距部件。 此外，SAC合金的高模量也會給組件帶來更大的壓力，並導致低k介電係數的組件出現問題，這些組件通常更容易發生故障。

5）取決於機械負載條件。 SAC合金的高應力速率敏感性要求更加關注PCB無鉛焊接介面在機械衝擊（如跌落、彎曲等）下的可靠性。 在高應力率下，過大的應力將導致易於焊接互連（和/或PCB）。 骨折

6）取決於熱機械負載條件。 在熱迴圈條件下，蠕變/疲勞交互作用可通過損傷累積效應（即結構粗化/弱化、裂紋出現和擴展）導致焊點失效，蠕變應力速率是一個重要因素。 蠕變應力速率隨焊點上熱機械載荷的大小而變化，囙此，在“相對溫和”的條件下，SAC焊點可以承受比Sn-Pb焊點更多的熱迴圈，但在低於Sn-Pb焊點的“更嚴重”的條件下，SAC焊點可以承受更少的熱迴圈。 熱機械負荷取決於溫度範圍、組件尺寸以及組件和基板之間的熱膨脹係數不匹配程度。

例如，有一份報告顯示，在通過熱迴圈測試的同一電路板上，在SAC焊點中具有銅引線框架的組件比Sn-Pb焊點經歷更多的熱迴圈，並且使用了42根合金引線。 框架組件（PCB的CTE失配更高）在SAC合金焊點中的失效時間早於Sn-Pb焊點。 同樣在同一電路板上，0402陶瓷晶片器件的焊點在SAC中通過的熱迴圈次數超過了Sn-Pb，而2512個元件的熱迴圈次數則相反。 再舉一個例子，許多報告聲稱，FR4上1206個陶瓷電阻器的焊點在0°C和100°C之間的熱迴圈期間，在無鉛PCB焊接中失敗的時間晚於Sn-Pb。當極限為-40°C和150°C時，這一趨勢正好相反。

7) Depends on the "acceleration factor". 這也是一個有趣且密切相關的因素, 但這將使整個討論更加複雜, because different alloys (such as SAC and Sn-Pb) have different acceleration coefficients. 因此, 的可靠性 PCB無鉛 焊料互連取決於許多因素.