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无铅焊接可靠性与过渡阶段有铅、无铅混用应用粘尘垫、粘尘滚筒除尘
来源:粘尘垫|粘尘滚筒 作者:苏州顺腾净化科技有限公司 日期:2012年04月18日 访问次数:
目前正处于从有铅向无铅焊接过渡的特殊阶段,无铅焊接材料、印制板、元器件、检测、司靠性等方面的标准还不完善,从理论到应用都还不成熟。虽然国际国内都在不同程度地应用无铅技术,但从世界范围来看,’发展是不平衡的。我国起步比较晚,目前还处于起步和过渡阶段。
    由于推行无铅焊接的时间还不长,从理论研究到全面应用的过程比较迅速,目前虽然在消费类、通信类等领域已经比较普遍地应用了无铅技术,总体来看也没有发生太大的可靠性问题。但由于对无铅焊点可靠性方面的研究还处在初期阶段,对无铅焊点长期可靠性等方面的问题还没有研究清楚,无铅产品较长期的可靠性还不确定。因此,对于高可靠要求的电子产品,如军事、航空航天、医疗等领域是获得免除ROHS的。
    2005年底以前,元器件还处在从有铅向无铅转换的过程中,大部分无铅工艺遇到的问题是无铅焊料与有铅元件混用的问题;由于电子制造业的上游元器件在2005至2006年初已经基本上实
现了无铅化,目前已经很难买到有铅元件,因而从2006年中期以后还在做有铅工艺的电子产品用粘尘垫粘尘滚筒除尘 ,包括获得豁免的电子产品,大部分元件都是无铅元件,无铅元件的比例已经达到85%以上;目前还有一种情况是虽然已经做了无铅工艺,但由于一些库存的有铅元件还需要继续使用,因此也还存在无铅工艺与少量有铅元件混用的情况。
    在过渡阶段除了高温带来的可靠性问题外,还存在无铅工艺遇到有铅元件、有铅工艺遇到无铅元件等问题。有铅和无铅混用时,不管是有铅焊料与无铅元件还是无铅焊料与有铅元件混用,都可能发生焊料合金与焊端或引脚镀层、焊料合金与PCB镀层、元器件与工艺、PCB材料及涂镀层与工艺不相容等情况。因此过渡阶段有铅和无铅混用时,任何的材料管理、生产线和工艺控
制不当都可能发生严重的可靠性问题。
     无铅焊接可靠性问题是制造商和用户都十分关心的问题。尤其是当前正处在从有铅向无铅过渡的特殊阶段,无铅材料、印制板、元器件、检测等方面都没有标准,甚至可靠性的测试方法也没有标准,可靠性是非常让人们担忧的。现阶段的无铅工艺和有铅工艺都有可能发生可靠性问题。
    从形成焊点的3个要素(焊料、元器件焊氟、PCB表面镀层)来看,在传统的Sn·Pb焊接时,焊料是Sn-Pb,元器件焊端、PCB表面镀层大多也是Sn-Pb镀层,因此,焊接时焊料合金与被焊接金属之间的相容性非常好。Sn—Pb焊接已经有近百年的应用史,对焊点的连接强度和可靠性也有近60年的研究,尽管如此,理论界在焊接机理等方面仍然有一些分歧,但从总体看,Sn-Pb焊点电气性能、物理、化学稳定性和机械连接可靠性等方面是能够满足当前各种电子产品要求的,可以说Sn.Pb焊料是一种被大家公认的、极为理想的电子钎焊材料。而无铅焊接在发达国家也只有十几年的应用史,对无铅焊接的可靠性研究只有近十年的时间用粘尘垫粘尘滚筒除尘 ,世界各国研究机构对无铅焊接机理、对不同无铅焊料合金与不同被焊接金属表面焊接后形成的界面合金层、对无铅焊点可靠性等方面还没有统一的认识,无铅焊点的长期可靠性还有待进一步研究。
    焊点的抗拉强度与钎缝金相组织结构及焊接界面金属间化合物的成分和厚度有直接的关系。虽然无铅焊接过程、焊接机理与63Sn一3。7Pb基本相同,但是,由于无铅焊接中形成焊点的3个要素一一焊料、元器件焊端和PcB表面镀层都发生了变化,不但无铅焊接的焊料合金成分和助焊剂成分改变,元件焊端与PCB焊盘的镀层材料也发生了变化,而且无铅元件
的焊端材料种类非常多。因此,形成焊点的3个要素之问的组合变得比较复杂。在同一块组装板上,尤其在焊料与元件这一侧,可能会发生多种不同的界面反应;它们形成最佳金属问化合物的温度、时间等条件也有所差别;生成金属问化合物的结构、厚度、强度、可靠性也有所不同。在同一块组装板上,如果有一个元件、甚至只有一个焊点不相容,都可能造成整个电路的故障。
    由于镀Sn的成本比较低,因此,目前无铅元件焊端采用镀sn工艺比较多,但镀sn容易形成Sn须用粘尘垫、粘尘滚筒除尘 。Sn须在窄间距的QFP等元件处容易造成短路,会影响长期可靠性;另外,Sn.Ag.Cu焊料与cu焊接时,遇到微量的Pb会发生偏析现象,容易引起焊缝浮起(Fillet.Lifting),也会影响长期可靠性。
    从前面介绍的内容中可以清楚地看到,无铅焊料是“高锡”焊料。高锡带来的是高温、表面张力大、黏度大、浸润性差、工艺窗口小等问题,因而焊点中的空洞及界面的微孔比较多。而高温又会带来工艺上的难度,可能会损坏元件和印制板。这些问题都会影响无铅产品的长期可靠性。
    总之,由于无铅化实施时间不长,还有许多不完善之处。目前国际上对于无铅产品、无铅焊点可靠性问题(包括测试方法)还在最初的研究阶段,无铅焊点的长期可靠性还存在不确定的因素,即使完全无铅化以后,无铅焊点的长期可靠性,到目前为止国际上也还没有完全研究清楚。高可靠性产品是获得豁免的,因此,高可靠性产品实施无铅工艺必须慎重考虑长期可靠性问题。
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