印刷电路板无铅性能说明-T.doc

PWB Interconnect Solutions Inc. 103-235 Stafford Road West Nepean, Ontario CANADA K2H 9C1 pwb@ Tel (613) 596-4244 Fax (613) 596-2200 印刷電路板的無鉛性能描述 作者：Paul Reid 2006年3月30日星期四 採用有效的效能測試及符合無鉛組裝技術要求確認基板能承受高溫的衝擊。 工業界需執行由歐盟公告的電子電機設備有害物質限用指令(歐盟環保指令，RoHS)的要求期限已明顯逼近，將於2006年7月1日生效。該指令將限制六種物質輸入歐盟，其中包括鉛及含鉛銲料。 歐盟環保認證要求印刷電路基板的空板所含爭議物質不得超過特定的最大值，尤其是鉛。即便許多公司已經符合無鉛要求，印刷電路板所面臨的課題在於是否能通過無鉛組裝及重工技術。因無鉛組裝所需提高之溫度而形成額外之材料膨脹應力，可能造成連接結構的損壞或介電層的分離。本文將提出在無鉛組裝及重工技術中印刷電路板所面臨的困難，以接受無鉛性能測試。 必須了解的是，建立印刷電路板的無鉛性能不僅需執行符合性測試，還必須執行效能測試。 當許多公司爭先恐後證明能從產品中排除鉛時，卻很少公司會致力於確保其產品能通過無鉛組裝及重工技術。更常聽到的是，很多製造商僅著重於產品及現場失效的保固期，卻不去證明其產品足以承受無鉛的環境。 目前大多數的組裝及重工協定都指明錫鉛組裝的典型溫度為攝氏230度，然而無鉛製程一般則於攝氏245到260度下進行，所增加的15到30度的影響極為重大，一個印刷電路板的效能測試必須決定基板的空板是否能承受無鉛組裝及重工技術所增加的熱歷程。 當要量化暴露於無鉛組裝製程之產品效能時，需注意幾項因素：大部分電路板的應用是唯一的且並不具有相同之設計。它們的設計是獨一無二的，且不同公司製造時使用特定製程及製造時適用之材質所具有之效益亦是絕無僅有的。由於其固有的獨特性，用單一個標準執行印刷電路板測試認證已被證明並不實際；不同之需求會隨基板的不同而有所不同。 較佳的方式是與已知之特定結構的效能基準做測試並比較其結果；測試產品一般的耐用性及該耐用性隨溫度上升而劣化的情形、無鉛組裝的停留期間及週期數，可達到最深入的效能測試。 測試基板忍受無鉛組裝溫度的方式為建立其可靠度資料，並以此了解可靠度隨無鉛組裝及重工劣化的情形。一般會與相似產品的歷史紀錄做比較，並依據這些發現做出實質上的決定。 電子工業的可靠度測試一般是由熱循環所達成，雖然這種測試實際上應被歸類為符合性測試。大部分的規格書要求測試樣本的測試週期需介於100至1000個週期之間，然後經由微切片測試判定連接劣化並未產生，因此一般不會等到產品劣化後才了解其可靠度。熱循環測試可經由許多方式達成，但皆在特定溫度下進行熱歷程並監測設計電路的阻抗變化。某些方法需要顧客樣本，其他則可於實際產品進行測試。但不論用何種方式，熱循環僅為一般值，據此分析可得到比較結果。 PWB Interconnect Solutions Inc. 103-235 Stafford Road West Nepean, Ontario CANADA K2H 9C1 pwb@ Tel (613) 596-4244 Fax (613) 596-2200 無鉛效能測試的考量： 必須決定熱循環測試方式及選定測試樣本，通常使用不同形式的熱循環測試﹝空氣對空氣，液體對液體﹞或互連應力測試(IST)。傳統的熱循環測試是使產品經歷周圍環境的熱冷循環，互連應力測試則利用特定的工程樣本並從內部加熱。此兩種方法皆已被國際專利分類檢索引用，其優點及缺點則不在本文的討論範圍內。 測試樣本需在相同的製程下順利完成，且應被當作實際的產品；其中整體的厚度、孔徑、網格尺寸及材料形式特別重要。為了得到正確的可靠度測試，鍍銅、材質及所有的製程都必須符合可接受的操作參數，或是測試可接受的範圍。影響印刷電路板的品質已於數年前導入，經過錫鉛組裝及重工技術的測試樣本已指出影響可靠度的等級依序為鍍銅品質、材料特性、設計及結構。在無鉛組裝溫度下，鍍銅品質及材料特性位於影響等級的首要順序，接著才是基板的設計及結構。最後影響的參數及變數包含孔洞準備、鑽孔品質、紀錄及其他參數。重要的是：必須了解任何一個影響在超過可接受範圍時都可能變成很重要的因素。因鑿孔或去焦渣所形成的粗糙孔洞，會形成引腳插入孔的硬化，其如同波浪金屬一般會抵抗x軸及y軸方向的膨脹；一個堅硬孔將導致應力無法向孔壁散出而朝向內部的連接點擴散，並向上延伸至表面墊片而加速損壞。適當的可靠度測試必須將所有的影響參數做有效管理，否則將會混淆測試結果。 無鉛將使材料分層化將影響壽命週期。在某些情形下應力會集中於引腳插入孔的孔壁而導致提早損壞，在本文中稱