无铅锡膏与有铅锡膏的可靠性对比测试与分析

无铅锡膏（主流为SAC305，Sn96.5Ag3.0Cu0.5）与有铅锡膏（主流为Sn63Pb37）的可靠性差异，核心源于合金成分（无铅含Ag/Cu、有铅含Pb）与熔点（SAC305熔点217℃、Sn63Pb37熔点183℃）的不同，需通过机械性能、热可靠性、环境耐受性、工艺适配性四大维度测试验证：

核心测试框架与标准；

对比测试均基于行业通用标准（IPC/JEDEC），选用相同PCB（OSP处理）、0402元件，控制印刷参数（钢网厚度0.12mm、刮刀压力0.2MPa）与回流焊曲线（无铅峰值240℃、有铅峰值210℃），确保变量仅为锡膏类型。

测试维度 测试项目 执行标准 核心评价指标 

机械性能 焊点剪切强度 IPC-TM-650 2.4.13 常温/高温（125℃）剪切力 

机械性能 焊点拉伸强度 IPC-TM-650 2.4.41 断裂载荷与断裂位置 

热可靠性 冷热循环测试 JEDEC JESD22-A104 1000次循环后失效比例 

热可靠性 温度冲击测试 JEDEC JESD22-A106 -55~125℃冲击后的焊点完整性 

环境耐受性 湿热测试 IEC 60068-2-78 85℃/85%RH下1000h的焊点腐蚀情况 

环境耐受性 盐雾测试 IEC 60068-2-11 5%NaCl雾中48h的引脚腐蚀 

工艺可靠性 焊点空洞率检测 IPC-A-610 空洞面积占比 

工艺可靠性 焊盘附着力测试 IPC-TM-650 2.4.26 焊盘剥离力 

关键测试结果与机理分析；

1. 机械性能：无铅常温更强，有铅高温更稳定

 常温性能：SAC305无铅锡膏焊点剪切强度（12-15N）比Sn63Pb37有铅锡膏（9-11N）高25%-35% ，拉伸强度（8-10N）高20%-25% 。

机理：无铅合金中的Ag₃Sn、Cu₆Sn₅金属间化合物（IMC） 硬度更高，增强焊点结构强度；有铅锡膏的Pb相柔软，常温下易变形。

高温性能（125℃）：有铅锡膏剪切强度（7-8N）比无铅（6-7N）高15%-20% ，且断裂多发生在元件引脚（非焊点本体）；无铅焊点易出现IMC层增厚（＞3μm），导致脆性断裂。

机理：高温下无铅IMC层快速生长，降低焊点韧性；有铅的Pb相可缓解热应力，减少IMC脆化。

 2. 热可靠性：有铅抗疲劳，无铅需控温

 冷热循环（-40~125℃，1000次）：有铅锡膏焊点失效比例（3%-5%）远低于无铅（12%-15%），无铅失效多为焊点开裂（沿IMC层） 。

机理：无铅合金热膨胀系数（15.2×10⁻⁶/℃）略高于有铅（14.5×10⁻⁶/℃），且熔点高导致回流焊时PCB热应力更大，长期循环易积累疲劳损伤。

温度冲击（-55~125℃，500次）：无铅焊点空洞率上升至8%-10%（有铅仅4%-6%），部分出现“微裂纹”；有铅焊点结构更稳定，空洞无明显增加。

机理：无铅助焊剂在高温下挥发更剧烈，若回流焊冷却速率过快（＞10℃/s），易形成封闭空洞；有铅熔点低，冷却过程更平缓，空洞易排出。

3. 环境耐受性：无铅抗腐蚀优，有铅怕湿热

 湿热测试（85℃/85%RH，1000h）：无铅焊点腐蚀面积（＜2%）远低于有铅（5%-8%），有铅焊点表面易出现PbO氧化层，导致接触电阻上升（＞10mΩ）。

机理：无铅合金（Ag/Cu）抗氧化性优于Pb，且无铅助焊剂多为“低残留型”，减少湿热环境下的电化学腐蚀。

盐雾测试（5%NaCl，48h）：两者腐蚀差异较小（腐蚀面积均＜3%），但有铅焊点引脚与焊盘结合处易出现“缝隙腐蚀”，无铅则无明显缝隙问题。

机理：Pb与基材（Cu）的电位差更大，易形成微电池，加速缝隙处腐蚀；无铅合金电位更均匀，腐蚀风险低。

 4. 工艺可靠性：有铅窗口宽，无铅需精细控

 空洞率：无铅锡膏平均空洞率（5%-7%）高于有铅（2%-3%），若PCB焊盘有氧化或钢网开孔堵塞，无铅空洞率可升至12%以上。

机理：无铅回流焊温度高，焊盘氧化速度快，若助焊剂活性不足，无法完全清除氧化层，易形成空洞；有铅熔点低，焊盘氧化风险小。

焊盘附着力：无铅锡膏焊盘剥离力（18-20N）与有铅（17-19N）接近，但无铅若回流焊峰值温度超250℃，剥离力会下降10%-15%（PCB基材软化导致）。

机理：无铅高温易导致PCB树脂层老化，削弱焊盘与基材的结合力；有铅工艺温度低，对PCB损伤更小。

核心差异总结与选型建议；

维度 无铅锡膏（SAC305） 有铅锡膏（Sn63Pb37） 

优势 环保（符合RoHS）、常温机械强度高、抗腐蚀优 热疲劳寿命长、工艺窗口宽（熔点低）、高温稳定性好 

劣势 热疲劳易开裂、空洞率高、需高温工艺（伤PCB） 不环保（限用场景）、常温强度低、湿热易腐蚀 

适配场景 消费电子（手机/电

脑）、户外设备（抗腐蚀） 军工/医疗（无环保要求）、高温设备（抗热疲劳）