无铅印刷电路板(PCB)有许多问题,需要我们充分重视。不仅要充分了解PCB材料的各种重要特性,还要对材料的无铅可靠性进行充份的测试。
IPC的一份无铅报告认为,全面实现无铅焊接是“可行”的,产业界把重心和测试都放在焊点、元件和PCB的可靠性等问题上,对于锡须问题也非常重视。在我看来,我们在焊点可靠性上已经做得很不错了,不存在沒预料到的问题。元件和锡须一样,尽管锡须问题需要长期关注。但是根据墨菲定律,总是存在弱点,而目前的无铅PCB正在应验这个预言。我在以前提到过,转向无铅焊接将使PCB材料面对巨大的挑战。
无铅再流焊的温度大约比锡铅大约高25°C,工艺窗口更窄。锡铅再流焊的最高温度在220°C左右,PCB的最高温度大约为230°C,允许有10°C的误差。无铅再流焊的最高温度达到245°C,PCB的最高温度大约是250°C,根据我的经验,允许的误差较小,只有5°C。印刷电路板材料既要能承受更高的焊接温度和更长的停留时间又不能影响可靠性。可惜的是,问题还是出现了。常见的缺陷包括BGA焊盘坑裂、开裂和脱落。
与锡铅PCB材料相比,无铅PCB材料更硬、更脆,因此比较容易出现BGA焊盘坑裂和内部开裂。焊盘坑裂通常是由于受到机械应力(例如PCB弯曲)引起的,而开裂往往是因受到热应力(例如再流焊)而产生的。
BGA焊点的结构比普通焊点更复杂,它还包括在焊点下面在两面(BGA和PCB)上的粘接强度和层压强度。当锡铅焊点受到过大的机械应力时,焊点往往会在PCB的接口处断裂。但是,当无铅BGA焊点受到的机械应力过大时,在PCB焊盘下面的层压板会开裂,而不是焊点。这充分说明无铅PCB比较脆的特点。