无铅焊接的质量和可靠性分析报告

无铅焊接的质量和牢靠性分析前言：性的抗拉强度，抗横切强度，以及疲乏寿命等特性，铅的使用都有很好的表现。在我们预备抛弃铅后，的选择是否能够具备一样的牢靠性，自然也是业界关心的主要课题。PCB一些形象领先的企业？我们这回就来看看无铅技术在质量方面的状况。什么是良好的牢靠性？当我们谈论牢靠性时，必需要有以下的元素才算完整。使用环境条件〔温度、湿度、室内、室外等〕；使用方式〔例如长时间通电，或频繁开关通电，每天通电次数等等特性〕；寿命期限〔5〕；寿命期限内的故障率〔55%〕。而打算产品寿命的，也有好几方面的因素。包括：DFR〔DFM〕；加工和返修力气；原料和产品的库存、包装等处理；正确的使用〔环境和方式〕。否适合于我们承受。由于以上提到的很多项，例如寿命期限、DFR、加工和返修力气等等，他人和我的企业状况都不同，试验过程，也未必完全符合我。这是在参考其他争论报告时用户所必需留意的。您的无铅焊接牢靠性好吗？因此，在给自己的无铅牢靠性水平下定义前，您必需先对以下的问题有明确的答案。§您企业的质量责任有多大？§您有明确的质量定义吗？§您企业自己投入的牢靠性争论，以及其过程结果的科学性、可信度有多高？§您是否选择和治理好您的供给商？§DFM/DFR§您是否把握好您的无铅工艺？保您的无铅牢靠性能够提升和有所保证。〔也就是锡膏种类〕、炉子性能、工艺设置/调制力气、DFM气孔在无铅中，是可能比那些不懂得处理技术整合的用户，在有铅技术中把握得更好的。学。牢靠性的依据和标准：Sn37PbSnPbAg基准的。SACSAC无铅技术的牢靠性状况：15能有较牢靠的结论。在一项非正式的统计中，我们对业界认为无铅是否牢靠得出以下的结果：§94%的报告说‘牢靠’§100%的供给商说他们有‘牢靠’的材料和方案§87%的争论院报告说‘还需要进一步争论’4%5题〔请看下一节的讲解〕，我们可以说，目前的牢靠性状况，还存在着：§不够完整§不够准确§不够适用的风险对无铅牢靠性的认同态度的主要因素。责任越大，您就应当越不放心，越觉得无铅还是未必牢靠。到底目前业界是如何看法的呢？就一般业界较认同的看法来说，目前我们偏向于信任以下的状况。〔注一〕，我们〔注二〕，种特性，SACSnPbEPSI10%，24%〔注三〕。这也向业界供给了一个信息：我们可能还做得不够！牢靠性争论面对的问题：风险呢？以下是一些主要的缘由。目前使用来推断牢靠性〔寿命〕的常用做法是通过热循环的加速老化试验方法，通过加温减温来给〔一般是热循环次数〕，制图和进展比较来评估。而事实上，在应用中我们的条件是和试验中有所不同的。例如温度变化的不规律性、较大的蠕变混合模式等无铅材料上我们甚至没有理论上的估量和推断，对其变化关系几乎是完全不懂；Whisker不会在室温下形成，所以我们得到的试验结果可能偏好而造成错误的推断；SMT〔或许〕，而只用过于简洁的几项变数把握来进展试验和分析。例如有一个实际例PCBOSPOSPOSP〔材料配搭、工艺参数等〕是图中的#1OSPENIG，ENEGImAg应当被推举。但他假设承受了试验条件#2PCB是截然不同的两种结论！结果，是处于条件中的#1？#2？SMT工艺、设计、材料、设备等等都有很好把握的人员才能处理得合理。在工作中我见过有不少的试验设计，是考虑不周的。这也说明白为什么很多报告，其结果不能吻合。热循环疲乏失效试验是争论牢靠性中最主要的方法之一。为了缩短试验时间，一般都承受高应力，缺乏；BGA，BGA〔Bump〕数量也都影响牢靠性结果。例如一份报告中觉察，9CSP，241.5PCB、工艺参数、设计等〕进展试验分析。这就是说，我们不免有一局部〔还不知道有多大的一局部？〕状况完全没有把握到；保护各自利益影响信息的真实性。我们不难觉察，业界的供给商们所发表的资料，都是说‘无铅可受到本身利益的影响而过滤了某些信息。固然，其害处是误导一些阅历缺乏，资源缺乏的用户。有铅时代的‘抄用’做法，在进入无铅后会可能给您带来问题。如此说来，是否全部的用户都必需大量的投入牢靠性争论？这也未必。我们还得来看看风险。牢靠性风险有多大：问：“使用无铅的风险有多大？”我所以这么说，基于以下的几个观点。很多试验，虽然把握的不好，但结果很少消灭足以提出报警的大问题。例如以以以以下图三中的比较。左使结果不一样，测试出来的数据却显示他们都很好的满足实际回流焊接中的需要。单一材料的特性分析，目前的业界力气是足够的。所以那些无法事先得到较足够认证的，是个配搭〔假设两个试验是牢靠〕，那使用左图中的材料在回流焊接中的客户，未必能觉察其力气差。艺才会消灭的。所以不是每个用户都会患病到。无铅对与那些高质量要求的行业来说，由于豁免条例等等，目前的压力还不太大。例如航天、军用SMT做出很严峻的要求。一些影响可能较大的，也就是对质量要求高，而本钱上也有一些压力的，比方电信和汽车电子等。〔不只是用户没有对牢靠性做出严格可行的要求。〕，这方面的无铅的去处理这方面的争论问题。无铅的焊接问题：我们只看看无铅技术中较特有的问题。这些问题，一般都是由于三个因素所造成：1。高温焊接环境；2Sn3。替代铅的其他金属或合金特性。上〔245255℃〕，SnPb235℃20240℃BGABGAPCBAIPC260℃的最低要求〔注四〕。不过PCBABGABGA255℃时，BGA260℃BGA〔245，250℃，注四〕。这在实际应用中可能消灭问题。高温度带来的问题，还有以下各种故障：§PCB§PCB§PCB§器件吸潮破坏〔例如爆米花效应〕§焊剂残留物去除困难§氧化程度提高以及连带的故障〔如气孔、收锡等〕§立碑§焊点共面性问题〔虚焊或开焊〕§焊点残留的内应力合治理的要求更高。除了高温问题，无铅还带来了以下已经为业界觉察的特有问题。焊点的剥离〔LiftedPad〕：〕。这现象的主要缘由是无铅合金的温度膨胀系数和基板之间消灭很大差异，导致在焊SMDSMD焊盘界面的焊点形成，从寿命的角度上来看是属于不抱负的〔注五〕。有些剥离现象消灭在焊点上〔图五〕，称为裂痕或撕裂〔Tearing〕。这问题假设在波峰通孔焊点上消灭流焊点上，应当算是质量隐忧问题，除非程度格外小〔类似起皱纹〕。铅污染问题：切换并非瞬时间的，所以在过渡期间我们很可能会同时存在有铅和无铅的材料〔尤其是器件焊端材料〕。所以我们必需了解和把握铅对无铅焊点的影响。铅的消灭或铅污染可能对焊点造成以下的两种影响：熔点温度的降低〔程度看铅的含量而定〕；焊点寿命的损失〔这方面格外敏感〕；至于在焊接性和工艺性上则影响不多。由于一般铅的成分不会很多，缺乏以在工艺上造成影响。Sn3.5Ag，1%的铅的消灭就能使其熔点从221℃179℃；Sn0.7Cu，1%227℃183℃。BiPbBi96℃的0.5%的铅〔注六〕Sn3.5Ag3Bi60%；32%左右〔注七〕。BiSn1.5Ag3.1Cu，0.5%的铅会使寿命削减到没有43BiSnPbSnPbSn1.5Ag3.1Cu0.5%SnPb2Bi，铅污染的问题不会太严峻。但这里我做个提示，未必全部可用的无铅合是重要的。‘克氏空孔’〔KirkendallVoids，注八〕：1939SnSn37PbSnAu，AgCu〔图六〕。所以在无铅中算是一种较的故障模式。Cu6Sn5IMCCuCu6Sn5CuSn〔图中黑色部份〕。这就是克氏空孔了。Au，AgCuSn〔注九〕，其界面材料选择就应当Au，AgCuSnNiNi/Au〔焊接温度和时间〕AuNiIMCBGAOSPCuSn金属须〔Whisker〕问题：在含铅技术中，金属须〔图六〕的问题并不被大多数人重视。由于大约>3%的铅能够很好的阻挡金属Sn100%SnPCBSn就成了个较热门的话题和争论对象了。Sn力所引起的。金属须没有固定的外形〔图七〕，针形的一般可长到数十微米或更长〔曾觉察近10mm的〕。也没有明确的生长时间，有数天到数年的巨大变化范围。人们已经整理出好些有用的阅历，但却还不能确定该如何预防或把握金属须。比方亚光锡〔MatteSn〕的使用，虽然是目前被推举的主要方法之一，但业界也曾觉察过在亚光锡上消灭的金属须。这说对其争论的困难。在影响金属须生长的因素方面有：§金属种类和合金成分§金属镀层的厚度§镀层表层的微晶构造§镀层的电镀工艺〔电镀液配方和电镀参数〕§库存温度〔10℃以下增长较快〕§Sn§机械应力〔内部和外加〕在处理或预防方法上，有用的阅历有：§使用亚光锡，目前还推出据说更好的锻光锡工艺§Sn§Sn§Sn〔Bi，Sb，Cu〕§Sn〔比方镍〕，IMC§电镀后煅烧退火§三防喷涂§PCBA〔例如螺丝孔造成的扭曲力等〕随机性强，还需要不断摸索争论！”锡瘟问题：26%，性质很〔图八〕。锡瘟有确定的延迟13.2℃以下开头形成，约在-30SnCu，SnZn，SnAgSnAlZnPbPbBiSb。少量的〔0.2-0.5%〕BiSb够预防锡瘟。所以这是个推举的方法。SMT70状况，也是属于一个有担忧但非急于解决的问题。后语：15我们还不敢断然说无铅已经是具备高牢靠性的技术了。电子类产品，都是走向功能快速更和低价格的趋势，这也驱使业界无需，也无力气太关心产品的寿压力。〔光喊口号不算！〕，不然在牢靠性的争论工作，也不会太去关心了。这系列有关无铅技术的文章，我摘要的和读者们共享了无铅的进展、无