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無鉛焊料困局：車載PCB面臨三大瓶頸，鍍金工藝優(yōu)化成破局關(guān)鍵
車載 PCB 這幾年跟著電動(dòng)車、智能座艙一起升級(jí)，連焊接環(huán)節(jié)都得跟上環(huán)保 + 高可靠的雙要求，歐盟 RoHS 法規(guī)早把含鉛焊料劃進(jìn)禁用名單，國(guó)內(nèi)新能車也全用無鉛焊料。但問題來了：車載 PCB 要扛發(fā)動(dòng)機(jī)艙 150℃高溫、長(zhǎng)期振動(dòng)，還要過 10 年 / 20 萬公里的壽命測(cè)試，無鉛焊料在這些場(chǎng)景下總掉鏈子，反而鍍金工藝通過優(yōu)化，成了彌補(bǔ)無鉛焊料短板的關(guān)鍵。
無鉛焊料的重要成分是錫，再摻點(diǎn)銀、銅，比如常用的 SAC305，比傳統(tǒng)錫鉛焊料（Sn63%/Pb37%）環(huán)保，但車載場(chǎng)景的 三高（高溫、高振動(dòng)、高可靠性）把它的短板全暴露了，主要卡在三個(gè)瓶頸：
1.車載PCB里，發(fā)動(dòng)機(jī)艙的 BMS、電機(jī)控制器要長(zhǎng)期在120-150℃工作，夏天局部能到180℃。無鉛焊料的熔點(diǎn)比錫鉛焊料高，但高溫下的熱疲勞問題更嚴(yán)重，焊點(diǎn)會(huì)慢慢出現(xiàn)裂紋，時(shí)間一長(zhǎng)就斷了。
2.車載 PCB 要承受不同強(qiáng)度的振動(dòng)：座艙里的中控屏 PCB 振動(dòng)加速度 5-15m/s2，底盤的傳感器PCB能到 60-100m/s2。無鉛焊料里的銀成分會(huì)形成Ag?Sn金屬間化合物，讓焊點(diǎn)變脆，振動(dòng)時(shí)容易一折就斷。
3.無鉛焊料對(duì)PCB焊盤的表面處理要求特別高。如果焊盤是普通OSP處理，無鉛焊料的潤(rùn)濕性差，很容易出現(xiàn)虛焊；要是焊盤鍍層太薄，高溫焊接時(shí)鍍層會(huì)被焊料吃掉，導(dǎo)致焊盤露銅生銹。
既然無鉛焊料的短板難短時(shí)間突破，行業(yè)就從PCB焊盤的鍍金工藝下手，通過三個(gè)方向優(yōu)化，讓無鉛焊料的可靠性追上車載要求：1.以前車載PCB焊盤鍍金要么一刀切厚鍍，要么薄鍍，現(xiàn)在改成分區(qū)域定制：發(fā)動(dòng)機(jī)艙、底盤等高溫高振區(qū)域的PCB焊盤，鍍金厚度加到0.3-0.5μm，比如BMS的電源焊盤，這樣能提升無鉛焊料的潤(rùn)濕性，減少熱疲勞裂紋；座艙里的中控、儀表盤PCB焊盤，鍍金厚度控制在0.15-0.2μm，比如 LVDS 信號(hào)焊盤，既滿足可靠性，又比厚鍍成本降低 20%。
2.傳統(tǒng)置換鍍金工藝容易在焊盤表面形成疏松鍍層，無鉛焊料焊接后，Ag?Sn化合物更容易聚集?，F(xiàn)在換成脈沖鍍金，通過電流脈沖控制鍍層結(jié)晶，讓鍍金層更致密，還能減少鍍層里的雜質(zhì)。
3.針對(duì)無鉛焊料吃鍍層的問題，現(xiàn)在在鍍金前先預(yù)鍍一層鎳，厚度2-5μm。鎳層能擋住無鉛焊料對(duì)銅焊盤的侵蝕，還能提升鍍金層的附著力，避免鍍層脫落。
現(xiàn)在國(guó)內(nèi)主流車載PCB廠商，都已經(jīng)把無鉛焊料+分區(qū)域脈沖鍍金+預(yù)鍍鎳的組合，用在新能車 PCB 上。未來還得靠無鉛焊料本身升級(jí)，比如研發(fā)低銀、加鉍的新型無鉛焊料，進(jìn)一步降低脆性；但短期內(nèi)，優(yōu)化鍍金工藝還是解決車載無鉛焊料瓶頸的蕞實(shí)際辦法。對(duì)咱們PCB行業(yè)人來說，搞懂不同車載區(qū)域的鍍金需求，把工藝精度做上去，才能在新能車 PCB 的賽道上站穩(wěn)腳。
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