無鉛焊接的質(zhì)量和可靠性分析(參考版)
2025-07-02 14:20本頁面
【正文】 10 / 10。注九：高溫應(yīng)用的焊點，指那些通過高電流容易發(fā)熱的點。注八：齊氏空孔是美國Ernest Kirkendall先生于1939年發(fā)現(xiàn)的一種物理現(xiàn)象。可能污染的程度，% %。不過使用在通孔波峰焊接中，由于焊點的結(jié)構(gòu)上，這部份的應(yīng)力不大，也非關(guān)鍵部份，所以一般認為可以接受。注四：IPC/JEDEC標準JSTD020C中有清楚的限制建議。注二：這類產(chǎn)品也稱為55℃ / 125℃ 產(chǎn)品。技術(shù)兼管理顧問薛競成2005年10月注一：這類產(chǎn)品也稱為0℃ / 100℃ 產(chǎn)品。我將展延一期，和你們分享許多人比對可靠性更關(guān)心的課題。這系列有關(guān)無鉛技術(shù)的文章，我摘要的和讀者們分享了無鉛的發(fā)展、無鉛材料（包括焊料、器件、PCB）、無鉛工藝以及本期的可靠性方面的經(jīng)驗。反正無鉛的推行在電子業(yè)中已經(jīng)鬧了大笑話，人們?yōu)榱似渌康?，也不想承認和改變它的發(fā)展。將來的發(fā)展，我想還是個商務(wù)和技術(shù)之間的平衡問題。我們在質(zhì)量研究的工作上，不論是方法上、數(shù)量上、或是協(xié)調(diào)上，似乎跟不上無鉛技術(shù)的發(fā)展要求。所受到影響的，是為數(shù)較少的一些行業(yè)。在確保產(chǎn)品壽命的工作上，我們普遍的問題不只是在監(jiān)督系統(tǒng)上缺乏，知識和能力也缺乏。無鉛的目前問題較多出現(xiàn)在表面上，也就是加工工藝上。雖然如此，這些不確定性并不會真正影響我們的推進以及可能在明年中的較全面采用無鉛技術(shù)。但對無鉛的可靠性研究和把握的角度來評估的話，我們還只是開始入門。所以，錫瘟的目前狀況，也是屬于一個有擔(dān)心但非急于解決的問題。在70年代，當(dāng)時器件的鍍層是以純Sn為主，也就是最敏感的。但在SMT無鉛技術(shù)中，錫瘟并不是一個重點研究的對象。所以這是個推薦的方法。我們也發(fā)現(xiàn)兩種較Pb還能阻止錫瘟的金屬，就是Bi和Sb。Sn中的Al和Zn雜質(zhì)也會助長錫瘟。℃以下開始形成，約在30幾度時形成速度最快。錫瘟有一定的延遲生長時間，可能達數(shù)年之久。錫瘟在形成時的體積增長約26%，性質(zhì)很脆，稱粉狀，所以對焊點會造成可靠性問題。 減少PCBA安裝時的機械力（例如螺絲孔造成的扭曲力等）以上方法在一定程度上有效，但還不足于給人們完全放心。 電鍍后煅燒退火167。 在Sn中加入其他金屬（例如Bi，Sb，Cu等）167。 使用較厚的Sn鍍層167。 機械應(yīng)力（內(nèi)部和外加）在處理或預(yù)防方法上，有用的經(jīng)驗有：167。 庫存溫度（發(fā)現(xiàn)在10℃以下增長較快）167。 鍍層表層的微晶結(jié)構(gòu)167。 金屬種類和合金成分167。這也增加了對其研究的困難。這說明這技術(shù)還不是絕對可靠的。雖然經(jīng)過多年的研究，人們已經(jīng)整理出好些有用的經(jīng)驗，但卻還不能確定該如何預(yù)防或控制金屬須。也沒有明確的生長時間，有數(shù)天到數(shù)年的巨大變化范圍。目前業(yè)界對其原理還沒有下定論，但一般較相信是因為內(nèi)層Sn的應(yīng)力所引起的。所以金屬須問題在無鉛技術(shù)中就成了個較熱門的話題和研究對象了。如今當(dāng)我們在無鉛技術(shù)中將鉛去除后，絕大多數(shù)的合金都屬于高Sn含量，甚至有100%Sn在器件和PCB焊盤鍍層上的應(yīng)用被看好的。但其實金屬須問題在含鉛技術(shù)中已經(jīng)存在。金屬須（Whisker）問題：在含鉛技術(shù)中，金屬須（圖六）的問題并不被大多數(shù)人重視。這問題容易出現(xiàn)在較冷的BGA底部。比如使用Ni層隔離等方法。用戶必須在這方面給于小心處理。所以要預(yù)防克氏空孔的危害，必須在材料和溫度上著手。克氏空孔的形成速度和溫度有很大的關(guān)系，溫度越高增長越快。而在Cu和Cu6Sn5的界面，由于Cu進入Sn的速度快，會造成一些無法填補的空孔（圖中黑色部份）。所以在無鉛中算是一種較新的故障模式。由美國克肯多先生于1939年發(fā)現(xiàn)并以其姓氏命名。和您的供應(yīng)商探討這問題是重要的。但這里我做個提醒，未必所有可用的無鉛合金都已經(jīng)過認證。%鉛污染的情況下，其疲勞壽命仍然有SnPb焊點的2倍。不過關(guān)鍵是，其他不含Bi的合金壽命一般比SnPb高出一定的程度。鉛對不含Bi的焊點也有很大的破壞。當(dāng)Pb和Bi在一起出現(xiàn)時，會產(chǎn)生熔點只有96℃的IMC，大大降低焊點的壽命。鉛對熔點溫度的影響相當(dāng)敏感，1%的鉛的出現(xiàn)就能使其熔點從221℃下降到179℃；，1%的鉛也使其熔點從227℃下降到183℃。鉛的出現(xiàn)或鉛污染可能對焊點造成以下的兩種影響：1． 熔點溫度的降低（程度看鉛的含量而定）；2． 焊點壽命的損失（這方面十分敏感）；至于在焊接性和工藝性上則影響不多。而由于從有鉛到無鉛的切換并非瞬時間的，所以在過渡期間我們很可能會同時存在有鉛和無鉛的材料（尤其是器件焊端材料）。很不幸的是不良的影響。但如果出現(xiàn)在回流焊點上，應(yīng)該算是質(zhì)量隱憂問題，除非程度十分?。愃破鸢櫦y）。這問題如果在波峰通孔焊點上出現(xiàn)，在業(yè)界有些供應(yīng)商認為是可以接受的。一是較輕微的剝離不容易看出；二是SMD焊盤在綠油和焊盤界面的焊點形成，從壽命的角度上來看是屬于不理想的（注五）。也就是通過綠油阻焊層來限制銅環(huán)的面積。除了這方法外，我們
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