有铅焊接与无铅焊接,在手工焊接环境、波峰焊接环境、回流焊接环境中的PCBA温度差距较大,并且不同的焊料成分、PCBA结构也会影响实际焊接温度。但一般来说有铅技术会在225摄氏度左右;而无铅焊接会在245~255℃左右。以下这些问题本质上在有铅工艺中也存在,但是在无铅工艺时会更加突出,工艺调整窗口更窄,值得我们更加关注。
首先受到影响的是元器件封装的耐热问题。相较于有铅焊接,无铅焊接温度会高出20℃,这对于以往的有铅器件只保证承受240℃来说,是存在损坏风险的。而像BGA一类器件,其本身封装和体量导致了该区域的吸温效应,当满足该BGA的焊接条件时,容易使其周围的其他小型器件温度高出许多,这进一步增加了小型元件的热损坏的风险。在本项目中FRAM和CPU均属于该类问题,其周边元器件需要做高温隐性损伤的评估。
其次,由于高温对于PCB方面也会有一定影响。例如PCB变形、分层、通孔断裂,造成焊接表面的共面性差的问题或焊点残留内应力问题,进而导致元器件虚焊或开焊,这对于BGA封装的芯片尤为严重。以上各种故障的处理方法和有铅技术并没有太大的不同,主要是程度上更加严苛,对工艺技术整合管理的要求更高。
最后是克氏(Kirkendall)空洞问题。克氏空洞是一种固态金属界面间,由特定金属原子单方向移动造成的空洞现象。在无铅技术中,由于一般焊料的Sn含量比传统的Sn37Pb高很多,而Sn和其他金属,如Au、Ag和Cu等很容易出现这种克氏空洞现象。而克氏空洞会导致元器件焊接层产生裂纹甚至开裂,而功率元件空洞则会使元件热阻增大,造成失效。由于这类空洞非常小,甚至只有通过扫描电子显微镜(SEM)才能发现,导致不易在前期发现。(如图1所示)。
无铅焊接存在固有的高温焊接质量风险。一旦使用无铅器件工艺需要对整个无铅工艺进行详细分析,指定适合的工艺方法和具体参数才能进行,否则会导致一系列的隐性风险。如果采用有铅、无铅混用工艺,需要考虑的方面会更加复杂和系统,限于篇幅就不在本文中进一步讨论了。
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