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无铅焊接的可靠性值得关注

作者:原创   发布时间: 2018/9/29 13:40:00

  目前,电子制造正处于从含铅焊接到无铅焊接的特殊阶段。无铅材料、印刷电路板、元件、检测、可靠性和其他方面不标准,由于铅和无铅混合,特别是当无铅焊接端子采用铅焊料和含铅工艺制造时,可能会出现严重的可靠性问题。

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  无铅工艺中元件的挑战首先是耐高温性。考虑高温对元件包装的影响。由于传统表面贴装元件的封装材料可以满足铅焊料的焊接温度,只要它们能够承受240°C的高温和无铅焊接,复杂产品的焊接温度就高达260°C,因此组件封装可承受高温是必须考虑的问题。

  还要考虑高温对器件内部连接的影响。 IC内部连接方式有金线球焊接、超声波压焊,以及倒装焊接方法,特别是BGA、CSP和组合复合元件、模块等新元件,如倒装芯片BGA、CSP内部封装芯片焊膏对于凸点是Sn-3.5Ag焊接,熔点为221℃。如果这种器件用于无铅焊接,器件内部的焊点和表面组装的焊点几乎同时通过熔化、固化,这是为了设备。可靠性非常有害。因此,无铅元件的内部连接材料也必须满足无铅焊接的要求。

  大多数含铅元件的焊接端是Sn / Pb涂层,并且有许多类型的无铅焊点。哪种涂层是最好的,还没有结论,因此仍然需要提高无铅元件的标准。

  由于助熔剂和合金表面之间的化学反应,无助焊剂工艺需要不同的助焊剂。无铅焊料必须经过特殊配方。随着无铅工艺的深入,由于焊料制造商的努力,无铅焊膏的质量得到了极大的提高。与往年相比,目前的无铅焊点外观有所改善。

  过渡性可靠性问题值得关注无铅焊接可靠性问题是制造商和用户都关注的问题。特别是,它目前处于从含铅焊接到无铅焊接的特殊阶段。没有标准的无铅材料、印刷板、元件,即使可靠性测试方法没有标准,可靠性也非常令人担忧。目前的无铅工艺,尤其是该国的无铅工艺仍处于相对混乱的阶段。由于铅和无铅的结合,特别是当无铅焊点是铅基焊料和铅基时,不仅在无铅焊接的当前过渡阶段,还会出现严重的可靠性问题, - 过渡阶段的免费焊接也是一个特别令人关注的问题。

  由于铅相对较软且容易变形,无铅焊点的硬度高于Sn / Pb,无铅焊点的强度高于Sn / Pb。无铅焊点的变形小于Sn / Pb焊点的变形。但这些并不等于无铅的可靠性。由于无铅焊料的润湿性差,无效、移位、墓碑等焊接缺陷,并且由于熔点高,如果助焊剂活化温度不能与高熔点相匹配,则助焊剂渗透区的温度为高、长焊接表面在高温下再氧化而不渗透和扩散,并且不能形成良好的界面合金层。结果,焊点的界面接合强度(拉伸强度)差,可靠性降低。

  根据美国威创建的、Agilent等公司的可靠性测试,如推力测试、弯曲测试、振动测试、跌落测试,经过热闪、高低温循环的可靠性测试结果后,基本上有类似的结论:大多数在民用、通信领域,由于环境的使用,无铅焊点的机械强度甚至高于含铅焊点的机械强度。但是,在高应力的地方,如军用、高低温、低压等恶劣环境下,由于无铅蠕变很大,无铅可靠性比铅差很多。

  无铅焊点(包括测试方法)的可靠性仍处于研究的早期阶段。

  目前处于无铅和无铅焊接的过渡期,大多数无铅工艺与无铅焊料和含铅元件混合。在"无铅"焊点中,引线内容可能来自元件的焊接端、引脚或BGA焊球。当铅焊料与无铅焊料端混合时,铅焊料首先熔化,无铅焊料端(球)不能完全熔化,因此元件一侧的界面不能形成金属间化合物合金层,以及BGA、 CSP侧的原始结构是破坏导致失效,因此当与无铅焊料末端混合时,铅焊料的质量最差。 BGA、CSP无铅焊球不能用于含铅工艺。

  高温会对组件产生不利影响。陶瓷电阻器和特殊电容器对温度曲线的斜率(温度变化率)非常敏感。由于陶瓷体和PCB的热膨胀系数CTE大,当焊点冷却时容易引起元件体和焊点裂缝,并且元件破裂。与CTE的差异与、温度、组件的大小成正比。 0201、0402、0603小组件通常较少破裂,1206以上的大组件有更多破解失败的机会。

  铝电解电容器对温度极其敏感。连接器和其他塑料封装元件(例如QFP、PBGA)在高温下的故障显着增加。粗略地说,温度每增加10°C,湿度敏感元件(MSL)的可靠性就会降低一个。解决方案是最小化峰值温度并对湿度敏感组件除湿。

  无铅焊料的返工非常困难,主要是由于无铅焊料合金的润湿性差。、高温、工艺窗口很小。

  无铅返修应注意:选择合适的返修设备和工具,正确使用返修设备和工具,并正确选择焊锡膏、焊锡焊料和其他材料,并正确设置焊接参数。

  无论环保、立法、市场竞争和产品可靠性,无铅都势在必行。目前,无铅焊接仍处于过渡和初始阶段。从理论到应用,它仍然不成熟。加快无铅焊接技术理论和应用的研究迫在眉睫。

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