PCB線路板無鉛焊接的隱憂：焊環(huán)浮裂與引腳錫須

SAC和PCB形成的焊點(diǎn)之間會(huì)有更大的應(yīng)力，這種應(yīng)力將是波焊之后焊點(diǎn)填錫漂移的主要原因

必須首先在零件腳上制作可焊接薄膜。對(duì)于無鉛工藝中的實(shí)際薄膜，目前只有純鍍錫層。焊接后，未沾錫的引腳上半部分會(huì)在后續(xù)老化過程中留胡須，都是危險(xiǎn)的胡須；即使含錫量高的焊點(diǎn)也會(huì)產(chǎn)生短茬，沒有前者嚴(yán)重。從大量焊點(diǎn)切片來看，就空洞而言，無鉛焊接比目前的鉛焊接更嚴(yán)重。然而，在引線焊接中，在波焊，之后，焊點(diǎn)從銅環(huán)浮起，或者孔環(huán)從襯底升起，這種情況很少發(fā)生。至于錫須，幾乎成了高純鍍錫和錫焊的必然命運(yùn)。本文將討論這兩個(gè)與焊接相關(guān)的缺點(diǎn)，希望有助于解決困難和預(yù)防困難。

PCBA加工

當(dāng)存在鉛共晶合金的波焊時(shí)，如果錫槽中出現(xiàn)銅污染，IMC的一些位置也會(huì)面臨焊點(diǎn)射出，的Cu6SN5針狀結(jié)晶，這也將對(duì)焊點(diǎn)的強(qiáng)度產(chǎn)生負(fù)面影響。

一、浮裂，焊環(huán)

無鉛波焊(如S  A  C  305)在峰值溫度260-265下發(fā)生焊接反應(yīng)4秒以上，在后續(xù)固化過程中，經(jīng)常出現(xiàn)：

(1)錫填充體從銅環(huán)，表面浮起，板的上下兩側(cè)將是焊環(huán)；的浮裂

(2)甚至將銅環(huán)墊從樹脂基板的表面抬起；

(3)銷的熱撕裂焊點(diǎn)填錫；討論了三種差別不大的劣質(zhì)焊接情況。

(1)含鉍焊料的鉛污染和錫浮

進(jìn)行無鉛焊接時(shí)，所有三個(gè)參與元件，如焊料、零件引腳和焊盤，都必須是無鉛的。否則，如果任何一個(gè)方面有鉛含量，都會(huì)造成銅與錫界面的結(jié)合處較弱，進(jìn)而產(chǎn)生固化后容易開裂的“鉛污染”的負(fù)面影響。這是因?yàn)闊o鉛焊點(diǎn)。一旦出現(xiàn)少量的鉛，在焊接反應(yīng)中產(chǎn)生錫銅I-MC的過程中，鉛會(huì)向界面移動(dòng)，阻礙了Cu6Sn5和良性I  M  C的產(chǎn)生，從而無法形成牢固的焊點(diǎn)。

這一點(diǎn)在機(jī)理上與含鉍焊料中的“鉍裂紋”十分相似。區(qū)別只是后者液態(tài)焊點(diǎn)中有少量的雜散鉍量，但當(dāng)它來自S  N/B  I  ~的樹枝狀固體時(shí)，被固體驅(qū)出，然后向銅焊盤表面移動(dòng)，阻止了Cu6Sn5的形成。也經(jīng)常發(fā)生”。

其次，由于無鉛焊接溫度高，熱量長，Cu6Sn5層增厚(一般正常I/M  C只有2-3m)，芯片上容易看到這種大銅層流失的現(xiàn)象。如果I  M  C太厚，其粘結(jié)強(qiáng)度和后續(xù)使用壽命自然會(huì)降低。

(2)、銅環(huán)(墊提升)

當(dāng)焊環(huán)寬度變窄，板厚度增加時(shí)，可以看到XY方向的焊料熱膨脹系數(shù)(CTE)比板的熱膨脹系數(shù)高，而Z方向的CTE比焊料的熱膨脹系數(shù)高。在兩種邪惡力量的配合下，銅環(huán)必然會(huì)從基底表面浮起。這種由強(qiáng)熱應(yīng)力引起的浮環(huán)異?，F(xiàn)象在業(yè)內(nèi)時(shí)有發(fā)生也就不足為奇了。

Smt芯片處理錯(cuò)誤率低，從而提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。

(3)、焊點(diǎn)撕裂

如果焊料的成分偏離其共晶合金成分，在冷卻凝固過程中將出現(xiàn)不利于強(qiáng)度的漿狀狀態(tài)。在這個(gè)危險(xiǎn)時(shí)期，一旦運(yùn)輸過程中再次發(fā)生振動(dòng)，焊點(diǎn)的晶體結(jié)構(gòu)就會(huì)出現(xiàn)微裂紋，焊點(diǎn)的外觀往往呈現(xiàn)粗糙不光滑的褶皺。而事后的A  g  I  n  g(A  g  I  n  g)會(huì)使微隙不斷惡化，成為巨大的裂紋。甚至無鉛焊料S  A  C三元合金的原始配方也很難達(dá)到共晶成分。而且批量生產(chǎn)時(shí)不斷被銅滲透，不容易完全避免焊點(diǎn)撕裂。特別是有些產(chǎn)品要多次焊接，當(dāng)然更難保證不開裂。

第二，鉛錫必須

在零件的腳上鍍上純錫后，單晶錫原子將逐漸從薄膜中出現(xiàn)。這種反常現(xiàn)象早在20世紀(jì)40年代的文學(xué)中就出現(xiàn)了。后來在197 0年，當(dāng)美國航天局(NA  S  A)某衛(wèi)星的關(guān)鍵部件因錫須失效時(shí)，引起了世界對(duì)錫須的認(rèn)知。事實(shí)上，長錫須(2 50m以上)不僅會(huì)從純鍍錫層中冒出，也會(huì)從含錫量高(含5%以上S  N  9)的無鉛焊料中冒出，對(duì)于生長厚而短的錫錐或錫堆并不太危險(xiǎn)。只有當(dāng)鉛含量超過10%(重量百分比)時(shí)，錫晶須才不再出現(xiàn)。

此外，無鉛焊料由于潤濕時(shí)間長，移動(dòng)緩慢，導(dǎo)致接觸角過大，往往導(dǎo)致焊盤邊緣銅暴露。而無鉛焊點(diǎn)往往會(huì)在加速冷卻下撕裂。下面兩個(gè)圖就是典型的例子。

左邊是無鉛焊盤外緣露出的銅，右邊是無鉛焊點(diǎn)的俯視圖有裂紋。

三.結(jié)論

在政治壓力和商業(yè)利益交織下，無鉛焊接成為不可抗拒的SMT廠商，勢(shì)必帶來行業(yè)的一場(chǎng)大革命。所有的P  . C  . B  .的制造商和P  C  B  A  .的裝配工都將遭受巨大的災(zāi)難。這兩個(gè)行業(yè)大多集中在亞洲，尤其是臺(tái)灣和中國大陸。到時(shí)候，無盡的煩惱肯定會(huì)打碎無盡的大腦，所以還是先做好心理準(zhǔn)備，盡量減少可能造成的傷害。