詳解低殘留無(wú)鉛焊錫膏對(duì)PCB可靠性的影響
來(lái)源:優(yōu)特爾錫膏 瀏覽: 發(fā)布時(shí)間:2025-08-05
低殘留無(wú)鉛焊錫膏對(duì)PCB可靠性的影響需從其“低殘留”特性和“無(wú)鉛焊接”特點(diǎn)兩方面綜合分析,整體呈現(xiàn)積極影響為主,需規(guī)避潛在工藝風(fēng)險(xiǎn)的特點(diǎn),具體如下:
對(duì)PCB可靠性的積極影響;
1. 減少導(dǎo)電遷移與短路風(fēng)險(xiǎn)
低殘留焊錫膏的助焊劑殘留量極低(通常焊接后非揮發(fā)殘留<5%),且殘留成分以改性松香、弱活性有機(jī)酸為主(無(wú)強(qiáng)腐蝕性離子如Cl?、Br?)。
相比普通焊錫膏(殘留量高,可能含鹵素離子),其殘留物質(zhì)不易吸潮,也難以水解產(chǎn)生游離離子,可顯著降低PCB在潮濕、高溫環(huán)境下的導(dǎo)電遷移風(fēng)險(xiǎn)(離子在電場(chǎng)作用下遷移形成導(dǎo)電通路,導(dǎo)致相鄰焊點(diǎn)短路)。
尤其適配高密度PCB(線寬/間距<0.1mm),避免殘留堆積在狹小間隙中引發(fā)的絕緣失效。
2. 降低腐蝕與焊盤/焊點(diǎn)劣化風(fēng)險(xiǎn)
無(wú)鉛焊錫膏(如Sn-Ag-Cu體系)本身不含鉛(鉛易形成脆性相導(dǎo)致焊點(diǎn)開(kāi)裂),而低殘留助焊劑的活化劑以有機(jī)酸(如己二酸)為主,替代了傳統(tǒng)焊錫膏中的無(wú)機(jī)酸或高鹵素化合物:
焊接后殘留物質(zhì)化學(xué)穩(wěn)定性高,不會(huì)與PCB的銅焊盤、阻焊層(綠油)發(fā)生長(zhǎng)期反應(yīng),減少焊盤氧化、阻焊層剝離等問(wèn)題。
對(duì)無(wú)鉛焊點(diǎn)(脆性略高于鉛錫焊點(diǎn))而言,低殘留環(huán)境可避免殘留物質(zhì)對(duì)焊點(diǎn)界面(IMC層,金屬間化合物)的侵蝕,維持焊點(diǎn)的力學(xué)穩(wěn)定性。
3. 提升長(zhǎng)期絕緣性能與耐環(huán)境性
低殘留助焊劑的殘留物質(zhì)絕緣電阻極高(體積電阻率>1013Ω·cm),且高溫下不易碳化(因溶劑揮發(fā)充分、樹(shù)脂穩(wěn)定性好):
在PCB長(zhǎng)期使用中(如汽車電子的-40~125℃溫循、工業(yè)設(shè)備的濕熱循環(huán)),殘留物質(zhì)不會(huì)因老化產(chǎn)生導(dǎo)電性雜質(zhì),保障PCB的絕緣可靠性。
減少因殘留高溫分解產(chǎn)生的氣體(如普通焊錫膏殘留碳化釋放CO?)導(dǎo)致的焊點(diǎn)氣孔、分層等缺陷。
4. 適配無(wú)鉛焊接的高溫需求,減少工藝缺陷
無(wú)鉛焊接溫度(回流峰值通常240~260℃)高于傳統(tǒng)鉛錫焊(200~220℃),低殘留助焊劑的溶劑沸點(diǎn)更高(150~180℃)、樹(shù)脂熱穩(wěn)定性更好:
可在高溫下持續(xù)保持活性,有效去除無(wú)鉛焊錫粉末(易氧化)和PCB焊盤的氧化層,減少因助焊不足導(dǎo)致的虛焊、冷焊等工藝缺陷,間接提升焊點(diǎn)可靠性。
潛在挑戰(zhàn)與對(duì)可靠性的不利影響(需通過(guò)工藝控制規(guī)避)
1. 焊接不足導(dǎo)致的焊點(diǎn)強(qiáng)度風(fēng)險(xiǎn)
低殘留助焊劑的活性較弱(為減少殘留,犧牲部分強(qiáng)活化成分),且助焊劑含量較低(8%~12%):
若PCB焊盤氧化嚴(yán)重(如存儲(chǔ)環(huán)境潮濕)或無(wú)鉛焊錫粉末氧化(焊錫膏儲(chǔ)存不當(dāng)),可能因助焊能力不足導(dǎo)致焊點(diǎn)潤(rùn)濕性差(焊錫鋪展面積?。?、焊點(diǎn)成型不良,降低焊點(diǎn)的機(jī)械強(qiáng)度(如抗剪切力、抗振動(dòng)性能)。
尤其在無(wú)鉛焊接的高溫下,若助焊劑提前揮發(fā)(溫度曲線不合理),可能加劇焊接不足問(wèn)題。
2. 工藝敏感性高,易因參數(shù)偏差影響可靠性
低殘留焊錫膏對(duì)回流焊溫度曲線、印刷參數(shù)更敏感:
預(yù)熱階段(100~150℃)若升溫過(guò)快,溶劑揮發(fā)不充分,可能導(dǎo)致焊接時(shí)殘留物質(zhì)碳化(形成黑色雜質(zhì)),影響焊點(diǎn)導(dǎo)電性;若預(yù)熱不足,助焊劑活化不充分,則助焊效果下降。
印刷時(shí)若刮刀壓力過(guò)大或鋼網(wǎng)開(kāi)孔不當(dāng),可能導(dǎo)致焊錫膏量不足,進(jìn)一步加劇助焊劑不足的問(wèn)題,引發(fā)焊點(diǎn)空洞(無(wú)鉛焊點(diǎn)本身易因氣體排出不暢產(chǎn)生空洞,低殘留助焊劑排氣能力較弱)。
3. 對(duì)PCB表面處理的適配性要求更高
低殘留助焊劑的弱活性對(duì)PCB焊盤的表面處理(如OSP、ENIG、沉錫)依賴性更強(qiáng):
例如,OSP(有機(jī)保焊膜)層若過(guò)厚,弱活性助焊劑可能無(wú)法完全去除,導(dǎo)致焊點(diǎn)與焊盤結(jié)合不良(IMC層過(guò)薄或不均勻),長(zhǎng)期使用中易出現(xiàn)焊點(diǎn)剝離。
最大化可靠性的關(guān)鍵措施;
1. 工藝匹配:根據(jù)PCB表面處理類型(如OSP需稍強(qiáng)活性)、焊點(diǎn)密度優(yōu)化焊錫膏配方(如微調(diào)活化劑比例),并嚴(yán)格控制回流焊溫度曲線(預(yù)熱段120~150℃保持60~90s,峰值溫度250±5℃)。
2. 存儲(chǔ)與印刷控制:焊錫膏需低溫(0~10℃)存儲(chǔ),印刷前回溫充分(避免水汽凝結(jié)),確保印刷量均勻(鋼網(wǎng)開(kāi)孔與焊點(diǎn)尺寸匹配)。
3. 測(cè)試驗(yàn)證:通過(guò)IPC-TM-650標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試(如絕緣電阻測(cè)試、溫度循環(huán)測(cè)試、振動(dòng)測(cè)試)驗(yàn)證焊點(diǎn)可靠性,尤其關(guān)注殘留量(離子色譜法檢測(cè)鹵素含量<0.05%)和焊點(diǎn)力學(xué)性能。
低殘留無(wú)鉛焊錫膏通過(guò)減少有害殘留、優(yōu)化成分設(shè)計(jì),可顯著提升PCB的長(zhǎng)期絕緣性、抗腐蝕性和抗短路能力,尤其適配高密度、高可靠性場(chǎng)景(如汽車電子、5G設(shè)備)。但其可靠性依賴工藝控制,需避免因助焊不足、參數(shù)偏差導(dǎo)致的焊接缺陷。
通過(guò)“
配方匹配+工藝優(yōu)化+測(cè)試驗(yàn)證”,可充分發(fā)揮其對(duì)PCB可靠性的積極作用。
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