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从有铅焊料切换到无铅焊料,最突出的特点是锡含量高(质量分数>95%),需要优先关注以下问题:
锡须生长
锡须是单晶锡从氧化锡层薄弱位置长出,呈柱状或者丝状。其危害:
a. 造成相邻引脚之间短路;
b. 对高频性能产生不良影响。
锡镀层内部存在压应力,这是产生锡须的根本原因。例如大量 Cu₆Sn₅金属间化合物生成时,会带来诸多缺陷:锡层压应力累积、元器件引脚变形、热膨胀系数(CTE)不匹配,最终催生锡须。高锡合金容易产生锡须,纯锡镀层尤为明显;而铅、铋等金属合金可以抑制或阻碍锡须生长。
锡须可能造成细间距器件(如 QFP)短路。因此纯锡镀层仅可用于低等级、使用寿命 5 年以内的产品与器件。对于高可靠性、使用寿命要求超过 5 年的产品和元器件,需要先镀一层厚度小于 1μm 的镍层,再镀 2–3μm 锡层。
金属枝晶生长
金属枝晶的生长机理和锡须不同,源于电化学离子迁移,会引发短路,进而造成电路失效。
CAF(导电阳极丝)
导电阳极丝(CAF)是电化学引发的另一类失效模式。CAF 产生于 PCB 板材内部,铜离子形成的阳极导电丝从阳极向阴极生长。
当导电阳极丝生长连通阴阳两极,两极之间发生短路,最终造成产品灾难性失效。CAF 是高密度 PCB 组装的一大隐患,无铅焊接温度更高,更容易诱发该问题。
锡疫(Tin Pest)
锡疫是纯锡自发发生同素异构相变的现象。当温度低于 13℃时,白锡(四方晶系,密度 7.30 g/cm³)会转变为灰锡(立方晶系,密度 5.77 g/cm³)。理论上锡疫会带来可靠性风险,但锡中一般含有杂质,所以实际很少观测到。
以上是采用无铅焊料时可能出现的各类缺陷。在 PCBA 生产阶段,通过合理选材、PCB 设计、工艺管控以及焊接规范,可以降低这些风险。
2026年09月24日 06点09分
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锡须生长
锡须是单晶锡从氧化锡层薄弱位置长出,呈柱状或者丝状。其危害:
a. 造成相邻引脚之间短路;
b. 对高频性能产生不良影响。
锡镀层内部存在压应力,这是产生锡须的根本原因。例如大量 Cu₆Sn₅金属间化合物生成时,会带来诸多缺陷:锡层压应力累积、元器件引脚变形、热膨胀系数(CTE)不匹配,最终催生锡须。高锡合金容易产生锡须,纯锡镀层尤为明显;而铅、铋等金属合金可以抑制或阻碍锡须生长。
锡须可能造成细间距器件(如 QFP)短路。因此纯锡镀层仅可用于低等级、使用寿命 5 年以内的产品与器件。对于高可靠性、使用寿命要求超过 5 年的产品和元器件,需要先镀一层厚度小于 1μm 的镍层,再镀 2–3μm 锡层。
金属枝晶生长
金属枝晶的生长机理和锡须不同,源于电化学离子迁移,会引发短路,进而造成电路失效。
CAF(导电阳极丝)
导电阳极丝(CAF)是电化学引发的另一类失效模式。CAF 产生于 PCB 板材内部,铜离子形成的阳极导电丝从阳极向阴极生长。
当导电阳极丝生长连通阴阳两极,两极之间发生短路,最终造成产品灾难性失效。CAF 是高密度 PCB 组装的一大隐患,无铅焊接温度更高,更容易诱发该问题。
锡疫(Tin Pest)
锡疫是纯锡自发发生同素异构相变的现象。当温度低于 13℃时,白锡(四方晶系,密度 7.30 g/cm³)会转变为灰锡(立方晶系,密度 5.77 g/cm³)。理论上锡疫会带来可靠性风险,但锡中一般含有杂质,所以实际很少观测到。
以上是采用无铅焊料时可能出现的各类缺陷。在 PCBA 生产阶段,通过合理选材、PCB 设计、工艺管控以及焊接规范,可以降低这些风险。