無鉛封裝工藝是制造商為了滿足RoHS指令要求或順應(yīng)電子產(chǎn)品無鉛化趨勢逐漸發(fā)展起來的,尤其是國外大多數(shù)進口元器件基本都是采用無鉛工藝,這就導(dǎo)致在航天、航空系統(tǒng)里被迫引入了無鉛元器件,帶了諸多可靠性隱患。
(1)易生長錫須
錫須是從電鍍錫層表面生長出來的一種細長形狀的單晶體錫結(jié)晶,外觀一般呈直線、彎曲、扭結(jié)或環(huán)狀。由于錫須晶體具有導(dǎo)電特性,因此錫須的主要危害通常會使產(chǎn)品發(fā)生短路現(xiàn)象。目前抑制錫須生長的主要方法是禁止采用純錫電鍍,而采用錫鉛合金(鉛含量≥3%),或是適當(dāng)增加鍍層厚度、應(yīng)用退火處理、采用涂層等方式來抑制錫須生長。
(2) 易造成錫瘟
純錫在溫度降到13℃時,錫的體積會驟然膨脹,導(dǎo)致原子之間的空間變大,使白錫變成了另一種粉末狀的結(jié)晶形態(tài)—灰錫,其中灰錫(α錫)和白錫(β錫)則是錫的2種同素異形體。通常把純錫在低溫下變成粉末狀的現(xiàn)象稱為“錫瘟”,即白錫轉(zhuǎn)化為灰錫的現(xiàn)象,“錫瘟”極易使元器件的引出端發(fā)生損壞。在錫中加入銻或鉍可以有效防止錫的退化,使錫的晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,提高延展性。這是由于鉍原子中有多余的電子可供錫的結(jié)晶點陣,從而消除“錫瘟”隱患。
(3) 混裝焊接溫度升高
無鉛錫焊料的熔點溫度通常為217℃,而有鉛錫焊料的熔點溫度通常為183℃。由此可見無鉛焊接工藝的熔點溫度比鉛錫焊接工藝高約30℃~40℃。若按照鉛錫焊料的焊接溫度進行焊接組裝,則無鉛元器件不能形成良好的焊接互聯(lián);若按照無鉛焊料的溫度進行焊接組裝,則過高的溫度會導(dǎo)致PCB變形、分層等缺陷,同時過高的溫度也會對板上其他元器件的耐熱性提出了更高的要求。