影响混合合金焊点工艺可靠性的因素（一）
一、无铅、有铅混用所带来的工艺问题
有铅、无铅元器件和钎料、焊膏材料的混用，除要兼顾有铅的传统焊接工艺问题外，还要解决无铅钎料合金所特有的熔点高、润湿性差等问题。当有铅、无铅问题交织在一起，工艺上处理该类组装问题时，比处理纯有铅或纯无铅的问题都要棘手。例如，在采用无铅焊膏混用情况时，要特别关注下述问题。
1高温对元器件的不利影响
（1）CTE不匹配所造成的影响。有铅和无铅混用所带来的高温对元器件有着非常不利的影响。例如，陶瓷阻、容元件对温度曲线的斜率（温度的变化速率）非常敏感。由于陶瓷体与PCB的热膨胀系数CTE相差大（陶瓷的CTE为3～5，而FR－4的CTE为17左右），因此，在焊点冷却时容易造成元器件体和焊点裂纹。元器件开裂现象与CTE的差异、温度、元器件的尺寸大小成正比。0201、0402、0603小元件一般很少开裂，而1206以上的大元件发生开裂失效的概率就会比较高。
（2）爆米花现象将更严重。对潮湿敏感元器件（MSD）而言，温度每提高10℃，其可靠性级别就将降低1级。解决措施是在满足质量要求的前提下尽量降低再流焊接的峰值温度，以及对潮湿敏感器件进行去潮烘烤处理。
（3）高温对PCB的不利影响。高温容易造成PCB的热变形，因树脂老化变质而降低强度和绝缘电阻值。由于PCB的Z方向与XY方向的CTE不匹配，易造成金属化孔镀层断裂而失效等可靠性问题，如图1所示。
图1 盲孔内层被拉裂
解决措施是尽量降低再流焊接的峰值温度，一般简单的消费类产品可以采用FR－4基材，厚板和复杂产品需要采用耐高温的FR－5或CEMn来替代FR－4基材。有目的地尽可能降低无铅焊接的峰值温度，对大批量生产多种规格的不同PCB是有益的，但其值必须能满足工艺窗口的要求。
2 电气可靠性再流焊、波峰焊、返工形成的助焊剂残留物，在潮湿环境和一定电压下，导电体之间可能会发生电化学反应，引起表面绝缘电阻（SIR）的下降。如果有电迁移和枝状结晶（如锡须等）的出现，将发生导线间的短路，造成漏电的风险。为了保证电气可靠性，需要对不同免清洗助焊剂的性能进行评估。
3 混合组装的返修工艺问题混合组装的返修较为困难，因为混合组装的返修不仅仅是有铅工艺的传统返修问题，而且还有无铅返修的新问题。无铅钎料合金润湿性差，熔点高，工艺窗口小。
因此有铅、无铅混用的返工需要特别关注：
●选择适当的返工设备和工具；
●正确使用返工设备和工具；
●正确选择焊膏、助焊剂、钎料丝等材料；
●正确设置焊接参数。
二、混合合金焊点的工艺可靠性设计
合适的PCBA组装工艺可靠性设计，可从两个方面来改善BGA、CSP等球栅阵列芯片焊点的可靠性，两者结合起来可以在很大程度上提高器件的可靠性。方法如下：＊＊
（1）选择相近的热膨胀系数材料来减少整体热膨胀的不匹配；
（2）通过控制合适的焊点高度（器件的离板高度）来增加焊接层的一致性，以此来减少整体热膨胀的不匹配。＊＊选择特定范围热膨胀系数包括材料的选择或多层板和元器件之间材料的组合，来得到最佳的热膨胀系数。当多层板有较大的热膨胀系数时，有源器件最佳的热膨胀系数为1～3ppm／℃（与功率的耗散有关）。
当然，一个PCBA组装中有大批不同的元器件，要想实现热膨胀系数全部最优化是不可能的。例如，对一些有密封性要求的军事应用产品，就需选用陶瓷元器件。商用产品的多层PCB大多选用玻璃－环氧树脂或玻璃－聚酰亚胺材料。选择特定范围热膨胀系数的材料必须避免选取一些较大的元器件，如陶瓷元件（CGAs、MCMs）、引脚数为42的塑料封装（TSOPs、SOTs）或者是与晶片采用刚性连接的塑料封装（PBGAs）。
