通用汽車的一位可靠性專家zui近表示：“你知道無鉛帶來的問題嗎,？沒有人能夠回答這樣一個簡單的問題：如果我所制造的無鉛產(chǎn)品的質量與用錫鉛的產(chǎn)品一樣,，它們工作的時間能一樣長嗎？” 

問題很簡單,，答案也并不復雜,。經(jīng)過多年的研究和試驗，研究人員已經(jīng)把影響無鉛產(chǎn)品長期可靠性的因素歸結到以下5個方面,。 

1,、錫須 

2、Kirkendall空洞 

3,、無鉛焊料的機械震動 

4,、無鉛焊料的熱循環(huán) 

5、導電陽極絲(CAF) 

錫須 

錫須是從元器件和接頭的錫鍍層上生長出來的,，如果這些導電的錫須長得太長的話,，可能連到其他線路上，并導致電氣短路。通過在器件引腳上使用90Sn10Pb鍍層已經(jīng)有效地消除了錫須問題,，但現(xiàn)在這個問題又冒了出來,。 

有些公司用鍍純錫的器件生產(chǎn)了大量的無鉛產(chǎn)品，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)使用過程中的錫須問題,，并且在不到2年的時間內就會出現(xiàn)故障,。雖然還不清楚實際的故障率，但證據(jù)顯示錫須故障并未使總體的產(chǎn)品返修率增加,。由于在細引腳器件上鍍錫是zui近三四年才有的事情,，錫須對長期可靠性的影響還有待觀察。

如果你不是在設計可能會造成人身傷害的產(chǎn)品,，元器件和連接器就要首先考慮是不是具有下面這些特點,。 

1、引腳間距小于1mm(有些公司采用的間距小于0.3mm) 

2,、可采用金屬外殼(例如通孔晶振或振蕩器) 

3,、受積壓的連接點(例如接頭彎曲的電路) 

4、有焊縫(例如電解電容) 

    一旦確定了關鍵器件,，你應該要求器件生產(chǎn)商提供基于iNEMI建議或JEDEC標準JESD22A121的認證測試,。業(yè)界對故障的定義幾乎還是空白，所以你也許需要提出自己的標準,。標準既可以是數(shù)值,，例如zui大的晶須長度不能超過25、50或75μm,，也可以是相對數(shù)值(如zui小間距的1/3或1/2),。 

    Kirkendall空洞 

    在兩種不相近的材料之間，由于擴散速率的不同所產(chǎn)生的空洞就稱為Kirkendall空洞,，這種空洞產(chǎn)生機制在SnPb和無鉛焊料中均存在,。在zui近的實驗中，SnPb焊料中會產(chǎn)生很嚴重的空洞,。但在過去30年的表面安裝技術使用過程中,，還沒有因為Kirkendall空洞導致產(chǎn)品故障的報告。 

    在無鉛焊料中,，Kirkendall空洞是由一些未知因素造成的,，似乎會使問題更加嚴重，尤其是在長期的高溫條件下,。 

    機械震動 

    即使你沒有碰到過Kirkendall空洞,，對因機械震動或跌落造成的產(chǎn)品性能下降還是要有所準備。有研究表明,，在被施加震動,、跌落或電路板被彎曲時,，SAC(SnAgCu)焊料合金的失效負載還不到SnPb合金的一半。這種性能損失似乎是幾個因素的共同作用,，包括脆弱的金屬間化合,，因更高的回流焊接溫度而導致的電路板降級，由于SAC比SnPb更硬而傳遞了更大的應力,。 

    這到底是一個長期可靠性問題,，還是從一開始就是一個質量問題呢？便攜式電子產(chǎn)品制造商的無鉛化已經(jīng)實施了數(shù)年,，還沒有因為跌落導致返修率增加的報告,。有些公司把注意力集中到如何更好地控制制造環(huán)境，特別是減小zui大的允許張力,，從1000微肋變減少到750或500微肋變。 

    熱循環(huán) 

    在某些特定的情況下,，SnPb材料的熱性能比無鉛的要好,，應該考慮下面的一些情況。 

1,、對焊點疲勞高度敏感的元件(如大型片上電阻,、陶瓷封裝的BGA、無引腳陶瓷基片,、未填充的芯片級封裝),。 

2、zui大的節(jié)點溫度超過80℃,，駐留時間超過4小時(駐留時間隨溫度上升而下降),。 

3、每天至少進行一次熱循環(huán),，預期使用壽命至少為10年(使用壽命隨循環(huán)頻率的增加而減小),。 

    如果你處在上面提到的這些情況下，就需要進行基于現(xiàn)有的無鉛焊料節(jié)點可靠性模型的加速壽命實驗來確定風險,。公開的模型更可靠一些,，Amkor和德國的Fraunhofer Institute為此做出了很多工作。 

    CAF的形成 

    導電陽極絲(CAF)是由銅絲沿著玻璃纖維或樹脂接口遷移形成的,，會在相鄰的導體間產(chǎn)生內部的電氣短路,，這對高密度電路板的設計來說是一個嚴重的問題，更高的回流焊溫度會導致該問題更易發(fā)生,。有些大型PCB板生產(chǎn)商在使用無鉛回流焊時,，就無法滿足用戶的CAF要求。 

    有些材料和加工工藝即使經(jīng)過多次回流焊,，也可以使電路板避免CAF問題,。不管怎樣,，所有這些辦法都會增加成本，因為會用到的或私有的技術,。這樣一來,，除非客戶特別要求，許多PC板生產(chǎn)商就不會采用可防CAF的材料,。 

    Interface Science(Goleta,，CA)通過引入硅烷開發(fā)了一種很有前途的減緩技術，可使密度和玻璃纖維的硅烷外殼一致性達到zui大,。更好的一致性可以使玻璃纖維和樹脂結合得更加緊密,，減少了CAF發(fā)生的可能性。