為什么說無鉛焊接比有鉛焊接更可靠

無鉛焊接互連可靠性是一個非常復(fù)雜的問題，它取決于許多因素，我們簡單列舉以下七個方面的因素：

1）取決于焊接合金。對于回流焊，“主流的”無鉛焊接合金是Sn-Ag-Cu（SAC），而波峰焊則可能是SAC或Sn-Cu。SAC合金和Sn-Cu合金擁有不同的可靠性性能。

2）取決于工藝條件。對于大型復(fù)雜電路板，焊接溫度通常為260（C，這可能會給PCB和元器件的可靠性帶來負面影響，但它對小型電路板的影響較小，因為最大回流焊溫度可能會比較低。

3）取決于PCB層壓材料。某些PCB （特別是大型復(fù)雜的厚電路板）根據(jù)層壓材料的屬性，可能會由于無鉛焊接溫度較高，而導(dǎo)致分層、層壓破裂、Cu裂縫、CAF （傳導(dǎo)陽極絲須）失效等故障率上升。它還取決于PCB表面涂層。例如，經(jīng)過觀察發(fā)現(xiàn)，焊接與Ni層（從ENIG涂層）之間的接合要比焊接與Cu （如OSP和浸銀）之間的接合更易斷裂，特別是在機械撞擊下（如跌落測試中）。此外，在跌落測試中，無鉛焊接會發(fā)生更多的PCB破裂。

4）取決于元器件。某些元器件，如塑料封裝的元器件、電解電容器等，受到提高的焊接溫度的影響程度要超過其它因素。其次，錫絲是使用壽命長的高端產(chǎn)品中精細間距的元器件更加關(guān)注的另一個可靠性問題。此外，SAC合金的高模量也會給元器件帶來更大的壓力，給低k介電系數(shù)的元器件帶來問題，這些元器件通常會更加易失效。

5） 取決于“加速系數(shù)”。這也是一個有趣的、關(guān)系非常密切的因素，但這會使整個討論變得復(fù)雜得多，因為不同的合金（如SAC與Sn-Pb）有不同的加速系數(shù)。因此，無鉛焊接互連的可靠性取決于許多因素。這些因素錯綜復(fù)雜、相互影響，其詳細討論可以參見《無鉛焊接互連可靠性》。

6）取決于熱機械負荷條件。在熱循環(huán)條件下，蠕變/疲勞交互作用會通過損傷積聚效應(yīng)而導(dǎo)致焊點失效（即組織粗化/弱化，裂紋出現(xiàn)和擴大），蠕變應(yīng)力速率是一個重要因素。蠕變應(yīng)力速率隨著焊點上的熱機械載荷幅度變化，從而SAC焊點在“相對溫和”的條件下能夠比Sn-Pb焊點承受更多的熱循環(huán)，但在“比較嚴重”的條件下比Sn-Pb焊點承受更少的熱循環(huán)。熱機械負荷取決于溫度范圍、元器件尺寸及元器件和基底之間的CTE不匹配程度。

例如，有報告顯示，在通過熱循環(huán)測試的同一塊電路板上，帶有Cu引線框的元器件在SAC焊點中經(jīng)受的熱循環(huán)數(shù)量要高于Sn-Pb焊點，而采用42合金引線框的元器件（其PCB的CTE不匹配程度更高）在SAC合金焊點中比Sn-Pb焊點將提前發(fā)生故障。也是在同一塊電路板上，0402陶瓷片狀器件的焊點在SAC中通過的熱循環(huán)數(shù)量要超過Sn-Pb，而2512元器件則相反。再舉一個例子，許多報告稱，在0℃和100℃之間熱循環(huán)時，F(xiàn)R4上1206陶瓷電阻器的焊點在無鉛焊接中發(fā)生故障的時間要晚于Sn-Pb，而在溫度極限是-40℃和150℃時，這一趨勢則恰好相反。

7）取決于機械負荷條件。SAC合金的高應(yīng)力率靈敏度要求更加注意無鉛焊接界面在機械撞擊下的可靠性（如跌落、彎曲等），在高應(yīng)力速率下，應(yīng)力過大會導(dǎo)致焊接互連（和/或PCB）易斷裂。

小結(jié)

隨著越來越多的無鉛電子產(chǎn)品上市，可靠性問題成為許多人關(guān)注的焦點問題。與其它無鉛相關(guān)問題（如合金選擇、工藝窗口等）不同，在可靠性方面，我們經(jīng)常會聽到分歧很大的觀點。一開始，我們聽到許多“專家”說無鉛要比錫鉛更可靠。就在我們信以為真時，又有“專家”說錫鉛要比無鉛更可靠。我們到底應(yīng)該相信哪一個呢？這就要視具體情況而定了。
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