开裂可能会产生导电性细丝(CAF),它从阳级生长到阴极而且可能会造成PCB内部短路。CAF往往出现在金属化导通孔(PTH)和其他内部PCB构件之间,例如导线或者接地层。在钻孔时,如果做得不好,会在孔壁四周形成很小的裂纹。在再流焊过程中产生的应力可能会扩大裂缝,并且进一步扩大到PCB内部,可能会在PTH和导线或者电源和接地层之间形成通路。在加电的情况下,CAF可能造成功能性短路,甚至会把热量积累起来,使层压板碳化,降低层压板的绝缘性能,结果造成层与层之间相连并且造成灾难性故障。
我们不仅要充分了解PCB材料的关键特性,而且还必须对材料进行充份的测试,保证它满足无铅焊接的要求。iNEMI在《高度复杂的耐热电子组件对无鉛制造的要求》中,总結了PCB材料的关键特性,这些特性是:
• 玻璃化转换温度(Tg)。它是指高分子材料由坚硬状态变成柔软状态的温度。只有Tg并不足以说明PCB材料的耐热性好。FR4材料的Tg大约是125-175°C。
• 热膨胀系数(CTE)。這是指当温度高于或者低于Tg时材料膨胀或者收缩的量,一般用每°C多少ppm表示。因为Z轴膨胀过度会造成导通孔开裂,所以人们十分关注这个问题。
• 材料的分解温度(Td)。在这个温度下材料会断裂。FR4材料的Td大约是300-360°C。
• 脱落时间(T260 = 260°C和T288 = 288°C)。它是指在某个温度下材料能够经过多长时间不会脱落。T288是无铅PCB的一个重要特性参数。
与无铅PCB有关的铜的溶解往往出现在熔化的焊料与PCB接触的时候。我们可以在波峰焊中看到这种现象,但是当焊料在焊锡炉返工过程中,由于停留时间比较长,这种现象会加剧而且更有害。在焊接中,到了熔化温度(260°-270°C)时,对于SAC无铅焊料,铜的溶解率是锡铅的三到四倍。当停留时间超过30至40秒时,裸露的导线和焊盘会有大量的铜溶解。
结论
在转向无铅焊接的过程中,我们有时忽视了PCB。现在回想起来,这的确实是个错误。许多与无铅PCB有关的难题需要我们充分地重视。