無鉛焊接的質(zhì)量和可靠性分析(編輯修改稿)
2024-07-26 14:20 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 析預(yù)計(jì)的?；蛟S這時(shí)候沒有人愿意這么做。商家肯定不愿意，研究院也因?yàn)樵诖_保質(zhì)量上有很大的困難而不愿意。不過按我的經(jīng)驗(yàn)和看法來判斷的話，我覺得風(fēng)險(xiǎn)還是偏小的，風(fēng)險(xiǎn)的隨機(jī)性也十分強(qiáng)。而且我個(gè)人覺得這風(fēng)險(xiǎn)問題無法得到很好的解決，至少在三五年內(nèi)不會(huì)。我所以這么說，基于以下的幾個(gè)觀點(diǎn)。1． 許多試驗(yàn)，雖然把握的不好，但結(jié)果很少出現(xiàn)足以提出報(bào)警的大問題。例如以下圖三中的比較。左右兩份研究的結(jié)論剛好是相反，這說明在整個(gè)過程中我們并沒有對所有關(guān)鍵因素把握和控制到位。但即使結(jié)果不一樣，測試出來的數(shù)據(jù)卻顯示他們都很好的滿足實(shí)際回流焊接中的需要。2． 單一材料的特性分析，目前的業(yè)界能力是足夠的。所以那些無法事先得到較足夠認(rèn)證的，是個(gè)配搭問題。這配搭包括材料間、材料和工藝間的配搭。也就是說，并非每個(gè)用戶都有同樣遇到問題的幾率。而是有較高的隨機(jī)性的。這問題其實(shí)在有鉛時(shí)代已經(jīng)是常見的。我們不是常遇到某些批量出問題，或常聽到供應(yīng)商說：“我的其他客戶沒有這種問題！”的嗎？就拿上圖三的例子來說（假設(shè)兩個(gè)試驗(yàn)是可靠的，而差異是材料供應(yīng)商的差別），那使用左圖中的材料在回流焊接中的客戶，未必能發(fā)現(xiàn)其能力差。但如果是使用在波峰焊接中，則就可能是個(gè)問題了！這里的風(fēng)險(xiǎn)是需要左圖的供應(yīng)商，加上波峰焊接工藝才會(huì)出現(xiàn)的。所以不是每個(gè)用戶都會(huì)遭遇到。3． 無鉛對與那些高質(zhì)量要求的行業(yè)來說，由于豁免條例等等，目前的壓力還不太大。例如航天、軍用產(chǎn)品行業(yè)中，無鉛環(huán)保并不是個(gè)必須品。也就是說無鉛是否可靠并不是他們急于解決的問題。雖然這些行業(yè)可能受到供應(yīng)市場的轉(zhuǎn)變而受到一些影響，但這些行業(yè)對成本本身不敏感，而SMT中的有鉛或無鉛更是其成本中微不足道的一小部分。所以估計(jì)這方面的用戶，雖然關(guān)注無鉛的發(fā)展，但短期內(nèi)也不會(huì)做出很嚴(yán)厲的要求。4． 一些影響可能較大的，也就是對質(zhì)量要求高，而成本上也有一些壓力的，比如電信和汽車電子等。所遇到的情況是一方面可以利用豁免條例來延緩這方面的沖擊；另一方面，即使法規(guī)上要求必須采用無鉛，其競爭情況是一致的。加上目前大多數(shù)行業(yè)并沒有一套很好的市場可靠性監(jiān)控方法，而可靠性必須長時(shí)間來認(rèn)證等等，所以當(dāng)法規(guī)壓力大于用戶壓力時(shí)（不只是用戶沒有對可靠性做出嚴(yán)格可行的要求。有些用戶還可能對于風(fēng)險(xiǎn)毫不知情，對遵從法規(guī)的要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過對可靠性方面的要求），這方面的無鉛化還是會(huì)在‘可靠性被懷疑’的情況下推進(jìn)的。而在工作量和難度的壓力下，不可能有太多的企業(yè)主動(dòng)的去處理這方面的研究問題。無鉛的焊接問題：無鉛焊接的質(zhì)量問題，有許多模式是和錫鉛技術(shù)中一樣的。因?yàn)槠鶈栴}，我在本文中就不多加解釋。我們只看看無鉛技術(shù)中較特有的問題。這些問題，一般都是因?yàn)槿齻€(gè)因素所造成：1。高溫焊接環(huán)境；2。錫Sn的特性；以及3。替代鉛的其他金屬或合金特性。我們先來看看高溫帶來的問題。首先受到影響的，是器件封裝的耐熱問題。在無鉛技術(shù)的推薦焊接溫度上（245 – 255℃），溫度比起以往SnPb的最高約235℃高出了20度。這對以往器件只保證承受240℃來說，肯定是存在損壞風(fēng)險(xiǎn)的。而像BGA一類器件的使用，其本身封裝在焊接中的溫度就高過焊點(diǎn)溫度。加上其‘較冷’熱特性的焊點(diǎn)，當(dāng)滿足BGA的焊接條件時(shí)，容易使到同一PCBA上的其他小熱容量器件的溫度高出許多，這又進(jìn)一步加強(qiáng)了熱損壞的風(fēng)險(xiǎn)。所以業(yè)界一些機(jī)構(gòu)如IPC等建議所有定為無鉛合格的器件，必須要能承受的起數(shù)次通過峰值溫度高達(dá)260℃的最低要求（注四）。不過這里要提醒的，是這是器件供應(yīng)商用來測試的標(biāo)準(zhǔn)。和實(shí)際應(yīng)用中有一定的不同。由于實(shí)際PCBA上存在熱容量及對流條件的不同，我們是可能很難同時(shí)滿足焊點(diǎn)的焊接溫度需求以及封裝的耐熱需求的。就如以上提到的BGA例子，當(dāng)BGA底部的中間焊點(diǎn)達(dá)到255℃時(shí)，BGA的封裝是很可能超過260℃的。對于較厚的BGA封裝，標(biāo)準(zhǔn)中還允許其保證在較低的溫度（如245，250℃，注四）。這在實(shí)際應(yīng)用中可能出現(xiàn)問題。高溫度帶來的問題，還有以下各種故障：167。 PCB變形和變色167。 PCB分層167。 PCB通孔斷裂167。 器件吸潮破壞（例如爆米花效應(yīng)）167。 焊劑殘留物清除困難167。 氧化程度提高以及連帶的故障（如氣孔、收錫等）167。 立碑167。 焊點(diǎn)共面性問題（虛焊或開焊）167。 焊點(diǎn)殘留的內(nèi)應(yīng)力以上的各種故障，其處理方法和有鉛技術(shù)并沒有太大的不同。主要是程度上要做得更到位，并對技術(shù)整合管理的要求更高。除了高溫問題，無鉛還帶來了以下已經(jīng)為業(yè)界發(fā)現(xiàn)的特有問題。焊點(diǎn)的剝離（Lifted Pad）：這類故障現(xiàn)象多出現(xiàn)在通孔波峰焊接工藝中，但也在回流工藝中出現(xiàn)過?，F(xiàn)象是焊點(diǎn)和焊盤之間出現(xiàn)斷層而剝離（圖四）。這現(xiàn)象的主要原因是無鉛合金的溫度膨脹系數(shù)和基板之間出現(xiàn)很大差別，導(dǎo)致在焊點(diǎn)固化的時(shí)候在剝離部份有太大的應(yīng)力而使他們分開。一些焊料合金的非共晶性也是造成這種現(xiàn)象的原因之一。所以處理這問題主要有兩個(gè)主要做法，一是選擇適當(dāng)?shù)暮噶虾辖穑硪皇强刂评鋮s的速度，使焊點(diǎn)盡快固化形成較強(qiáng)的結(jié)合力。除了這方法外，我們還可以通過設(shè)計(jì)來減少應(yīng)力的幅度，也就是將通孔的銅環(huán)面積減
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