Tecnologia PCB - Fattori che determinano l'interconnessione della saldatura senza piombo del PCB

Con sempre più prodotti elettronici PCB privi di piombo sul mercato, i problemi di affidabilità sono diventati al centro dell'attenzione di molte persone. A differenza di altri problemi correlati senza piombo (come la selezione della lega, la finestra di processo, ecc.), spesso sentiamo opinioni molto diverse sull'affidabilità. All'inizio, abbiamo sentito molti "esperti" dire che senza piombo è più affidabile di stagno-piombo. Proprio quando credevamo che fosse vero, un altro "esperto" ha detto che lo stagno-piombo è più affidabile che privo di piombo. A quale dovremmo credere? Dipende dalla situazione specifica.

L'affidabilità dell'interconnessione di saldatura senza piombo PCB è un problema molto complesso, che dipende da molti fattori. Elenchiamo semplicemente i seguenti sette fattori:

1) Dipende dalla lega di saldatura. Per la saldatura a riflusso, la lega di saldatura senza piombo "mainstream" PCB è Sn-Ag-Cu (SAC), mentre la saldatura ad onda può essere SAC o Sn-Cu. La lega di SAC e la lega Sn-Cu hanno proprietà di affidabilità differenti.

2) Dipende dalle condizioni di processo. Per circuiti stampati grandi e complessi, la temperatura di saldatura è di solito 260Â ° C, che può avere un impatto negativo sull'affidabilità dei componenti PCB, ma ha meno impatto sui circuiti stampati di piccole dimensioni perché la temperatura massima di saldatura a riflusso può essere relativamente bassa.

3) Dipende dal materiale laminato PCB. Alcuni PCB (in particolare i circuiti stampati spessi di grandi dimensioni e complessi) possono causare delaminazione, crepe laminate, crepe Cu, CAF (fruste conduttrici del filo anodico) a causa della temperatura di saldatura senza piombo più elevata del PCB a causa delle proprietà del materiale laminato. Il tasso di fallimenti come fallimenti è aumentato. Dipende anche dal rivestimento superficiale del PCB. Ad esempio, dopo l'osservazione, è stato rilevato che il giunto tra saldatura e strato Ni (dal rivestimento ENIG) è più suscettibile alla frattura rispetto al giunto tra saldatura e Cu (come OSP e argento ad immersione), soprattutto sotto impatto meccanico (come in una prova di caduta).). Inoltre, nella prova di caduta, la saldatura senza piombo PCB causerà più crepe PCB.

4) Dipende dai componenti. Alcuni componenti, come componenti confezionati in plastica, condensatori elettrolitici, ecc., sono più influenzati dall'aumento della temperatura di saldatura rispetto ad altri fattori. In secondo luogo, il filo di stagno è un altro problema di affidabilità che presta maggiore attenzione ai componenti a passo fine in prodotti di fascia alta con lunga durata. Inoltre, l'alto modulo delle leghe SAC metterà anche maggiore pressione sui componenti e causerà problemi per i componenti con coefficienti dielettrici a basso k, che di solito sono più inclini a guasti.

5) Dipende dalle condizioni di carico meccanico. L'alta sensibilità del tasso di stress della lega SAC richiede maggiore attenzione all'affidabilità dell'interfaccia di saldatura senza piombo PCB sotto impatto meccanico (come caduta, flessione, ecc.). Sotto alto tasso di stress, stress eccessivo porterà a facile interconnessione di saldatura (e / o PCB). frattura.

6) Dipende dalle condizioni di carico termomeccanico. In condizioni di ciclo termico, l'interazione creep/fatica può portare al fallimento dell'articolazione della saldatura attraverso effetti di accumulo di danni (cioè, grossolanazione/indebolimento della struttura, aspetto di fessura ed espansione), e il tasso di stress creep è un fattore importante. Il tasso di sollecitazione di scorrimento varia con l'entità del carico termomeccanico sui giunti di saldatura, in modo che i giunti di saldatura SAC possono resistere a più cicli termici rispetto ai giunti di saldatura Sn-Pb in condizioni "relativamente miti", ma in condizioni "più severe" inferiori ai giunti di saldatura Sn-Pb resistono a meno cicli termici. Il carico termomeccanico dipende dall'intervallo di temperatura, dalla dimensione del componente e dal grado di disallineamento CTE tra il componente e il substrato.

Ad esempio, c'è un rapporto che mostra che sullo stesso circuito che ha superato la prova del ciclo termico, i componenti con telai in piombo Cu nei giunti di saldatura SAC subiscono più cicli termici rispetto ai giunti di saldatura Sn-Pb e vengono utilizzati 42 cavi in lega. I componenti del telaio (il disallineamento CTE del PCB è più alto) falliranno prima nei giunti di saldatura in lega SAC rispetto ai giunti di saldatura Sn-Pb. Anche sullo stesso circuito stampato, il numero di cicli termici che i giunti di saldatura di 0402 chip ceramici attraversano in SAC supera quello di Sn-Pb, mentre il numero di cicli termici per 2512 componenti è il contrario. Per fare un altro esempio, molti rapporti sostengono che i giunti di saldatura di 1206 resistenze ceramiche su FR4 falliscono nella saldatura senza piombo PCB dopo Sn-Pb durante il ciclo termico tra 0°C e 100°C. Quando i limiti sono -40°C e 150°C, questa tendenza è esattamente l'opposto.

7) Dipende dal "fattore di accelerazione". Questo è anche un fattore interessante e molto strettamente correlato, ma renderà l'intera discussione molto più complicata, perché diverse leghe (come SAC e Sn-Pb) hanno coefficienti di accelerazione diversi. Pertanto, l'affidabilità dell'interconnessione della saldatura senza piombo PCB dipende da molti fattori.