无铅锡膏在受到铅污染时所做的实验

    为了确定Sn／Ag／Cu合金在受到铅污染后的强度问题，我们用Sn／Ag4／Cu0.5的无铅锡膏做了一些机械强度方面的可靠性实验，实验时我们在锡膏中分别添入O.5％及1％的铅。这次实验的方法很简单，即分别测试下面三种情况的焊点的机械强度：1、不含铅的纯净的Sn／Ag4／Cu0.5锡膏；2、含铅O.5％的锡膏；3、含铅1％的锡膏。实验条件是：在ASTM E606型材料实验机上进行低周疲劳实验。合金样品如果能够承受10，000次以上的循环实验的话即判定为合格，最终得出的实验结果如下：

    1、疲劳实验结果

    纯净的Sn／Ag／Cu合金在经过13，400次实验后焊点失效。合格

    含铅O.5％的Sn／Ag／Cu合金在经过6320次实验后失效。  不合格

    含铅1％的Sn／Ag／Cu合金在经过3252次实验后失效。    不合格

    经过实验我们发现纯净的Sn／Ag／Cu合金是完全满足强度要求的，其它两种含铅杂质的合金是达不到我们的强度要求，含铅0.5％时合金的疲劳强度差不多只有纯净Sn／Ag／Cu合金疲劳强度的50％，而含铅1％时合金的疲劳强度相对于含铅O.5％又下降50％左右。这个实验得出的结论跟我们之前的观点是相反的，之前在电子行业一个普遍的观点是认为Sn／Ag／Cu合金的强度是不受铅成分的影响的。

通过这个实验我们可以看出实际上铅的存在会降低Sn／Ag／Cu锡膏焊点的强度的。图五是含铅的Sn／Ag／Cu合金焊点开裂部位的局部放大图。SMT组装中如果出现铅污染这种情况的话将会有大量的不良品产生。在上文有提到，经过回流后铅会富集在元器件引脚中间与PCB的焊接部位（如图二所示）。无铅锡膏焊接后铅形成的泡状物的具体形状如图六所示。

              图五

           图六

BGA热冲击实验

    通过上面的实验我们知道，在BGA组装制程中如果锡膏用无铅锡膏而元件仍然采用锡/铅的话，将会存在可靠性的问题。我们用尺寸为35×35mm，焊点数目为388的PBGA做了四组实验，即成分为Sn／Pb及Sn／Ag／Cu的BGA焊球对应成分为Sn／Pb及Sn／Ag／Cu的无铅锡膏相互交叉使用。在40％到125％的温度范围内有几个试样发生失效。从下面的图表中我们可以看到，几组实验中锡膏和元件同时采用纯净的Sn／Ag／Cu合金的时候，焊点的强度最高（从这个结论我们就可以理解为什么汽车工业忽略法令及市场行情的状况而热衷于导入无铅制程）。有一点应该引起大家的重视，那就是相对于完全的锡/铅与完全的无铅焊接，在锡膏采用Sn／Ag／Cu无铅锡膏而BGA元器件焊球采用SN/PB成分的情况下，焊点的的强度会大大降低，失效率也会显著增加。

BGA组装电路板热循环实验结果

无铅锡膏还有一些其它的问题有得

上文我们谈论的主要是铅污染的问题，其实无铅锡膏还有一些其它的问题有待于研究，下面仅讨论一下其中几个比较突出的问题。

Sn/Ag／Cu合金   

尽管美国申请了这种合金配方的专利，但目前业界的主流无铅锡膏产品还是Sn/Ag／Cu合金系列，只是三种成分的百分比稍微有些差异。但三种合金的百分比究竟为多少时才是最优的呢?有没有一个计算的公式呢?这一章我们主要讨论两种Sn/Ag／Cu配方的锡膏：(1)、Sn／Ag4／Cu0.5目前这种配方已经得到许多工业协会的认可，是一种主流的产品；(2)、Sn／Ag2.5／Cu0.7／Sb0.5，这种配方的优点是含银低，对应地价格也相对较低。