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缺乏數據證明「錫鬚」是豐田主要的可靠性問題

朋友們

Bob Landman 對我的錫鬚文章的評論如下。這樣友善的對話有助於我們學習更多,非常感謝。謝謝您 Bob,讓我保持誠實!

然而,鮑勃的評論並沒有改變我的立場,那就是:

1.存在錫胡並可能導致故障

2.然而,目前還沒有任何資料顯示存在大量的錫鬚故障,或由於符合 RoHS 標準的產品中存在錫鬚而導致重大的可靠性風險。NASA 的 TW 網站指出只有 26 次故障。

3.儘管尚未完全了解,但錫晶鬚可在實驗室中製造出來,而且已有減緩 (而非消除) 和可靠度測試技術,並已經過驗證。

4.自 2000 年代初期以來,符合 RoHS 標準的電子產品製造量已超過 1 兆美元,與錫鉛焊料相比,並未出現重大的可靠性問題。

5.長期的無鉛可靠性(> 5 年)尚未證實。因此,關鍵任務產品目前不應使用無鉛電子產品。

6.錫鉛焊料並不能保證電子產品沒有缺陷,具有完美的可靠性。

在我打這篇文章的時候,我身邊有超過 20 件符合 RoHS 標準的產品,有些還是 2005 年的產品。在我的辦公室外面,是 Dartmouth 的 Thayer 工程學院,也就是我們的電腦中心。電腦中心每年購買的數千種符合 RoHS 標準的產品(我的筆記型電腦就是他們買的)幾乎都符合 RoHS 標準,也沒有發現任何異常的可靠性問題。

Bob 提到 CALCE 的報告指出,有 31% 的筆記型電腦會在 3 年內發生故障,這個數字在我看來其實很低。

Google對 100,000 顆硬碟機進行的研究 顯示,硬碟機每年故障率約為 5%,這可能是 3 年內故障率達 20% 的主要原因。

天空不會塌下來。無鉛存在製程適應性和可靠性方面的挑戰,例如罅隙、head-in-pillow、voiding 等。在製造 IC、元件和組裝的所有步驟中,通過數據驅動的製程優化,可以實現良好的無鉛良率和可靠性。

我們必須進行實驗和開發技術,以確保符合 RoHS 標準的產品具有可接受的可靠性。

Bob 的評論如下:

我的前物理學教授、位於馬薩諸塞州格林貝爾特的 NASA Goddard Space Flight Center 的 Henning Leidecker 博士是我的資料來源。Leidecker 博士表示,過去四年來,已有七家主要的汽車電子產品供應商與他的辦公室聯絡,詢問有關錫晶鬚導致產品故障的問題。他表示,他的辦公室已聯絡豐田 (Toyota),願意協助分析其加速問題,但尚未收到回覆。如需完整內容,請閱讀文章的其他部分 [http://wtop.com/?nid=108&sid=1898265]。

Ron Lasky 確認,鍍純錫的零件「經過一定程度的老化」後會長出錫鬚。根據 NASA 的說法,錫須可能在數小時、數天、數週、數月或數年內生長。這至少取決於六個因素:鍍錫層的品質、鍍層中的殘留應力、鍍層是否退火、晶粒均勻性、溫度、濕度,以及我們尚未了解的其他未知因素,這些因素使得阻止錫鬚生長變得如此困難,這也是為什麼有這麼多關於此主題的論文發表(您可以在 John Barnes 的網站上清楚地看到),但我們仍然不了解錫鬚生長的原因或方式。

所以是的,「新」產品因錫鬚或樹枝狀生長而失敗是完全可能的。

由於保密協議的關係,NASA 無法告訴我們報告這些事件的製造商是誰。Leidecker 博士表示,他們也接到其他產業的來電,而且大多要求簽訂保密協定。NASA 認為獲得一些資訊總比沒有的好,您同意嗎?

上週在 UMd 的 CALCE 上,有報告指出 31% 的筆記型電腦在 3 年內故障。這是報告的連結 http://www.squaretrade.com/pages/laptop-reliability-1109/ 但沒有說明故障原因。是因為鬚刨嗎?我們不得而知。

我們所知道的是,物理定律並沒有被廢除。錫肯定會長出錫須,因此使用無鉛焊料和鍍錫元件必然會導致錫必須長出錫須。

NASA 繼續記錄故障。NASA Goddard 現正為 NHTSA 研究 Toyota 事件。同樣地,他們已簽署保密聲明,因此目前無法就研究內容發表評論。

南印第安納大學 (Southern Indiana University) 的 David Gilbert 博士已證明,踏板電子裝置與電子控制模組之間的電線若出現低電阻或短路,將導致 Toyot 車輛將節氣門完全打開。也許問題是由於無鉛製造(Toyota 承認在 2002-3 年開始)?也許是軟體的問題?我們還不知道,但我們可以合理地確定,並非所有事故都是車主造成的。您可以在我的網站 [www.hlinstruments.com//RoHS_articles/Toyota/] 看到 Toyota 零件的圖片,這個踏板的 pc 板佈局讓我很放心。特別是將霍爾效應感應器(感應踏板位置)的訊號轉換成 1-5Vdc 訊號傳送到電子控制模組的 SOIC 零件非常靠近電路板的邊緣。這塊板有鋸齒狀的邊緣,顯示它是在零件焊接上去之後,從這些板的大面板上拆下來的。有可能是電路線或引線斷裂,或是其中一個電容或電阻斷裂。我們知道無鉛焊料比錫鉛焊料更脆。也許有幾塊板是邊緣性的,隨著時間的推移,某條引線打開或變得斷斷續續?

歐盟曾被警告,如果禁止在電子組件中使用鉛,將會導致錫鬚和脆性接點,但歐盟仍繼續禁止在零件的錫鉛焊料和鍍層中使用鉛。在高可靠性產業的強大壓力下,他們承認了可靠性降低的可能性,並且確實豁免了某些產品(軍事、航太等......)。既然大多數元件製造商拒絕繼續提供鍍錫引線,那又有什麼不同呢?這就是為什麼 NASA 要在 Corfin Industries 補充使用錫鉛的元件,並且只使用錫鉛焊料。

Bob Landman

乾杯,
Ron 博士

圖片是 Toyotaaccelerator 踏板位置感應板,來自Toyota Gilbert Report