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PCB線路板無鉛焊接的隱憂:焊環(huán)浮裂與引腳錫須

2020-10-14 18:04:56
在前一篇文章中,介紹了pcb無鉛焊接中的焊點空洞。本文將介紹印刷電路板無鉛焊接中的另外兩個隱憂:焊環(huán)浮裂和鉛錫須。
SAC和PCB形成的焊點之間會有更大的應力,這種應力將是波焊之后焊點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。對于無鉛工藝中的實際薄膜,目前只有純鍍錫層。焊接后,未沾錫的引腳上半部分會在后續(xù)老化過程中留胡須,都是危險的胡須;即使含錫量高的焊點也會產生短茬,沒有前者嚴重。從大量焊點切片來看,就空洞而言,無鉛焊接比目前的鉛焊接更嚴重。然而,在引線焊接中,在波焊,之后,焊點從銅環(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。本文將討論這兩個與焊接相關的缺點,希望有助于解決困難和預防困難。
PCBA加工
當存在鉛共晶合金的波焊時,如果錫槽中出現(xiàn)銅污染,IMC的一些位置也會面臨焊點射出,的Cu6SN5針狀結晶,這也將對焊點的強度產生負面影響。
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4秒以上,在后續(xù)固化過程中,經常出現(xiàn):
(1)錫填充體從銅環(huán),表面浮起,板的上下兩側將是焊環(huán);的浮裂
(2)甚至將銅環(huán)墊從樹脂基板的表面抬起;
(3)銷的熱撕裂焊點填錫;討論了三種差別不大的劣質焊接情況。
(1)含鉍焊料的鉛污染和錫浮
進行無鉛焊接時,所有三個參與元件,如焊料、零件引腳和焊盤,都必須是無鉛的。否則,如果任何一個方面有鉛含量,都會造成銅與錫界面的結合處較弱,進而產生固化后容易開裂的“鉛污染”的負面影響。這是因為無鉛焊點。一旦出現(xiàn)少量的鉛,在焊接反應中產生錫銅I-MC的過程中,鉛會向界面移動,阻礙了Cu6Sn5和良性I  M  C的產生,從而無法形成牢固的焊點。
這一點在機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)焊點中有少量的雜散鉍量,但當它來自S  N/B  I  ~的樹枝狀固體時,被固體驅出,然后向銅焊盤表面移動,阻止了Cu6Sn5的形成。也經常發(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,其粘結強度和后續(xù)使用壽命自然會降低。
(2)、銅環(huán)(墊提升)
當焊環(huán)寬度變窄,板厚度增加時,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)必然會從基底表面浮起。這種由強熱應力引起的浮環(huán)異?,F(xiàn)象在業(yè)內時有發(fā)生也就不足為奇了。
Smt芯片處理錯誤率低,從而提高了產品的質量。
(3)、焊點撕裂
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)不利于強度的漿狀狀態(tài)。在這個危險時期,一旦運輸過程中再次發(fā)生振動,焊點的晶體結構就會出現(xiàn)微裂紋,焊點的外觀往往呈現(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到共晶成分。而且批量生產時不斷被銅滲透,不容易完全避免焊點撕裂。特別是有些產品要多次焊接,當然更難保證不開裂。
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40年代的文學中就出現(xiàn)了。后來在197 0年,當美國航天局(NA  S  A)某衛(wèi)星的關鍵部件因錫須失效時,引起了世界對錫須的認知。事實上,長錫須(2 50m以上)不僅會從純鍍錫層中冒出,也會從含錫量高(含5%以上S  N  9)的無鉛焊料中冒出,對于生長厚而短的錫錐或錫堆并不太危險。只有當鉛含量超過10%(重量百分比)時,錫晶須才不再出現(xiàn)。
此外,無鉛焊料由于潤濕時間長,移動緩慢,導致接觸角過大,往往導致焊盤邊緣銅暴露。而無鉛焊點往往會在加速冷卻下撕裂。下面兩個圖就是典型的例子。
左邊是無鉛焊盤外緣露出的銅,右邊是無鉛焊點的俯視圖有裂紋。
三.結論
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,勢必帶來行業(yè)的一場大革命。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難。這兩個行業(yè)大多集中在亞洲,尤其是臺灣和中國大陸。到時候,無盡的煩惱肯定會打碎無盡的大腦,所以還是先做好心理準備,盡量減少可能造成的傷害。

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