Влияет ли наличие свинца в припоях, используемых для сборки печатных плат, на их надежность?Есть мнение, что если говорить о надежности, то наличие любого количества свинца в припое самый главный критерий надености. И связано это утверждение с тем, что для свинцового припоя не существует такой проблемы, как усы, оловянные усы.
Присутствие свинца, даже в небольшом количестве 1 или 2% — лучший способ смягчить» эту проблему. Таким образом, если вы проектируете и строите космические спутники, кардиостимуляторы или любые другие устройства сверхвысокой надежности, и эта надежность зависит от возможности короткого замыкания из-за оловянных усов, то простое добавление даже небольшого количества свинца в припой если не устранит, то значительно уменьшит эти риски.
Но если на вопрос надежности и долговечности смотреть шире, то это не только короткие замыкания из-за отсутствия свинца в припое. Это и риски, связанные с ударами при падении, вибрации, термоциклы, агрессивные среды с высоким уровнем стрессовых нагрузок и прочее. В этих областях еще предстоит найти решения по надежности, и образование усов это не самая главная часть этого.
Иногда мы просто не понимают истинную причину отказов, является ли они следствием вибраций или падений или все же речь идет о типе припоя. С точки зрения долгосрочной надежности и если вас так беспокоят усы, то лучше отказаться от бессвинцовых припоев, недаром на производствах, выпускающих спутники, вся оловянная разводка и соединения заменяется на оловянно-свинцовую.
Понятно, что эти вопросы обсуждались еще задолго до внедрения ROHS, в далекие дни до 2005 года. С тех пор утекло много воды, проведено множество исследований, написано и опубликовано куча материала на эту тему. И сейчас это уже апробированные, многократно проверенные, долгосрочные данные. Например, корпорация IBM считает, что проблема с надежностью бессвинцовых припоев решена, и уже собирается производить серверы корпоративного уровня без содержания свинца, потому что накопили необходимые знания, чтобы быть уверенными в их надежности.
Что, разумеется, потребовало много труда. Они добились этого только за последние пару лет. С тех пор, как еще не были утверждены и внедрены правила ROHS, они уже работали над тем, чтобы понять причины, чтобы добиться уверенности в надежности и долговечности этих различных серверных продуктов.
Хотя никто до сих пор не производит кардиостимуляторы на бессвинцовой основе…
Комментарии
Для получения дополнительной информации об оловянных усах познакомьтесь с этим исследованием.
Leo Ranta, Emerson Automation Solutions
Я думаю, что вы не упомянули некоторые основные свойства типичных бессвинцовых припоев типа SAC, приводящих к выводу, что они менее надежны. В моей статье с соавторами «Evolution of Lead Free solder material behavior under elevated temp aging» by Ma, Suhling, Zhang, Lall & Bozak («Эволюция поведения материала бессвинцового припоя при старении при повышенных температурах») показан пример отказа в работе устройства после очень длительного воздействия повышенных температур.
Является ли это проблемой в реальном мире … возможно, нет, поскольку в большинстве электронных корпусов есть несколько других режимов отказа, зависящих от времени, в первую очередь это полупроводниковый интерфейс Au/Al.
Я считаю, что проблему усов, хотя и реальную, можно контролировать с помощью финишной обработки поверхности печатной платы. Покрытие Ni/Pd, например, довольно невосприимчиво к усам, как и Ni/Pd/Au и Ni/Au (сверхтонкие). Можно использовать ENIG, но это открывает возможности для образования «черного никеля», а любая отделка с использованием золота вызывает опасения по поводу его охрупчивания, что является еще одной темой для обсуждения.
Я также хочу отметить, что, хотя пример с кардиостимулятором хорош с точки зрения катастрофических последствий отказа, но и окружающая среда в этом примере очень благоприятна, если говорить об экстремальных температурах и механических ударных нагрузках. Я бы назвал автомобилестроение, вероятно, самой сложной и жесткой средой. Спасибо вам за интересные темы для обсуждения.
Gifford Plume, Patriot Marine Services
По материалам с портала www.circuitinsight.com. Еще статьи по теме монтажа и изготовления печатных плат: