昆山無(wú)鉛印刷電路板（昆山PCB）有許多問(wèn)題，需要我們充分重視。不僅要充分了解PCB材料的各種重要特性，還要對材料的無(wú)鉛可靠性進(jìn)行充份的測試。

IPC的一份無(wú)鉛報告認為，全面實(shí)現無(wú)鉛焊接是“可行”的，產(chǎn)業(yè)界把重心和測試都放在焊點(diǎn)、元件和PCB的可靠性等問(wèn)題上，對于錫須問(wèn)題也非常重視。在我看來(lái)，我們在焊點(diǎn)可靠性上已經(jīng)做得很不錯了，不存在沒(méi)預料到的問(wèn)題。元件和錫須一樣，盡管錫須問(wèn)題需要長(cháng)期關(guān)注。但是根據墨菲定律，總是存在弱點(diǎn)，而目前的無(wú)鉛PCB正在應驗這個(gè)預言。我在以前提到過(guò)，轉向無(wú)鉛焊接將使PCB材料面對巨大的挑戰。

無(wú)鉛再流焊的溫度大約比錫鉛大約高25°C，工藝窗口更窄。錫鉛再流焊的高溫度在220°C左右，PCB的高溫度大約為230°C，允許有10°C的誤差。無(wú)鉛再流焊的高溫度達到245°C，PCB的高溫度大約是250°C，根據我的經(jīng)驗，允許的誤差較小，只有5°C。印刷電路板材料既要能承受更高的焊接溫度和更長(cháng)的停留時(shí)間又不能影響可靠性?？上У氖?，問(wèn)題還是出現了。常見(jiàn)的缺陷包括BGA焊盤(pán)坑裂、開(kāi)裂和脫落。

與錫鉛PCB材料相比，無(wú)鉛PCB材料更硬、更脆，因此比較容易出現BGA焊盤(pán)坑裂和內部開(kāi)裂。焊盤(pán)坑裂通常是由于受到機械應力（例如PCB彎曲）引起的，而開(kāi)裂往往是因受到熱應力（例如再流焊）而產(chǎn)生的。

BGA焊點(diǎn)的結構比普通焊點(diǎn)更復雜，它還包括在焊點(diǎn)下面在兩面（BGA和PCB）上的粘接強度和層壓強度。當錫鉛焊點(diǎn)受到過(guò)大的機械應力時(shí)，焊點(diǎn)往往會(huì )在PCB的接口處斷裂。但是，當無(wú)鉛BGA焊點(diǎn)受到的機械應力過(guò)大時(shí)，在PCB焊盤(pán)下面的層壓板會(huì )開(kāi)裂，而不是焊點(diǎn)。這充分說(shuō)明無(wú)鉛PCB比較脆的特點(diǎn)。

開(kāi)裂可能會(huì )產(chǎn)生導電性細絲（CAF），它從陽(yáng)級生長(cháng)到陰極而且可能會(huì )造成PCB內部短路。CAF往往出現在金屬化導通孔（PTH）和其他內部PCB構件之間，例如導線(xiàn)或者接地層。在鉆孔時(shí)，如果做得不好，會(huì )在孔壁四周形成很小的裂紋。在再流焊過(guò)程中產(chǎn)生的應力可能會(huì )擴大裂縫，并且進(jìn)一步擴大到PCB內部，可能會(huì )在PTH和導線(xiàn)或者電源和接地層之間形成通路。在加電的情況下，CAF可能造成功能性短路，甚至會(huì )把熱量積累起來(lái)，使層壓板碳化，降低層壓板的絕緣性能，結果造成層與層之間相連并且造成災難性故障。

我們不僅要充分了解PCB材料的關(guān)鍵特性，而且還必須對材料進(jìn)行充份的測試，保證它滿(mǎn)足無(wú)鉛焊接的要求。iNEMI在《高度復雜的耐熱電子組件對無(wú)鉛制造的要求》中，總結了PCB材料的關(guān)鍵特性，這些特性是：

• 玻璃化轉換溫度（Tg）。它是指高分子材料由堅硬狀態(tài)變成柔軟狀態(tài)的溫度。只有Tg并不足以說(shuō)明PCB材料的耐熱性好。FR4材料的Tg大約是125-175°C。

• 熱膨脹系數（CTE）。這是指當溫度高于或者低于Tg時(shí)材料膨脹或者收縮的量，一般用每°C多少ppm表示。因為Z軸膨脹過(guò)度會(huì )造成導通孔開(kāi)裂，所以人們十分關(guān)注這個(gè)問(wèn)題。

• 材料的分解溫度（Td）。在這個(gè)溫度下材料會(huì )斷裂。FR4材料的Td大約是300-360°C。

• 脫落時(shí)間（T260 = 260°C和T288 = 288°C）。它是指在某個(gè)溫度下材料能夠經(jīng)過(guò)多長(cháng)時(shí)間不會(huì )脫落。T288是無(wú)鉛PCB的一個(gè)重要特性參數。

與無(wú)鉛PCB有關(guān)的銅的溶解往往出現在熔化的焊料與PCB接觸的時(shí)候。我們可以在波峰焊中看到這種現象，但是當焊料在焊錫爐返工過(guò)程中，由于停留時(shí)間比較長(cháng)，這種現象會(huì )加劇而且更有害。在焊接中，到了熔化溫度（260°-270°C）時(shí)，對于SAC無(wú)鉛焊料，銅的溶解率是錫鉛的三到四倍。當停留時(shí)間超過(guò)30至40秒時(shí)，裸露的導線(xiàn)和焊盤(pán)會(huì )有大量的銅溶解。

結論

在轉向無(wú)鉛焊接的過(guò)程中，我們有時(shí)忽視了PCB?，F在回想起來(lái)，這的確實(shí)是個(gè)錯誤。許多與無(wú)鉛PCB有關(guān)的難題需要我們充分地重視。