焊點(diǎn)可靠性研究word版(已修改)
2025-01-20 08:40 本頁(yè)面
【正文】 SMT焊點(diǎn)可靠性研究 前言 近幾年﹐隨著支配電子產(chǎn)品飛速發(fā)展的高新型微電子組裝技術(shù) 表面組裝技術(shù) (SMT)的飛速發(fā)展﹐ SMT焊點(diǎn)可靠性問(wèn)題成為普遍關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題。 與通孔組裝技術(shù) THT(Through Hole Technology)相比﹐ SMT在焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)特征上存在著很大的差異。 THT焊點(diǎn)因?yàn)殄兺變?nèi)引線和導(dǎo)體鉛焊后﹐填縫鉛料為焊點(diǎn)提供了主要的機(jī)械強(qiáng)度和可靠性﹐鍍通孔外緣的鉛焊圓角形態(tài)不是影響焊點(diǎn)可靠性的主要因素﹐一般只需具有潤(rùn)濕良好的特征就可以被 接受。但在表面組裝技術(shù)中﹐鉛料的填縫尺寸相對(duì)較小﹐鉛料的圓角 (或稱(chēng)邊堡 )部分在焊點(diǎn)的電氣和機(jī)械連接中起主要作用﹐焊點(diǎn)的可靠性與 THT焊點(diǎn)相比要低得多﹐鉛料圓角的凹凸形態(tài)將對(duì)焊點(diǎn)的可靠性產(chǎn)生重要影響。 另外﹐表面組裝技術(shù)中大尺寸組件 (如陶瓷芯片載體 )與印制線路板的熱膨脹系數(shù)相差較大﹐當(dāng)溫度升高時(shí)﹐這種熱膨脹差必須全部由焊點(diǎn)來(lái)吸收。如果溫度超過(guò)鉛料的使用溫度范圍﹐則在焊點(diǎn)處會(huì)產(chǎn)生很大的應(yīng)力最終導(dǎo)致產(chǎn)品失效。對(duì)于小尺寸組件﹐雖然因材料的 CTE失配而引起的焊點(diǎn)應(yīng)力水平較低﹐但由于 SnPb鉛料在熱循環(huán)條件下的粘性行為 (蠕變和應(yīng)力松弛 )存在著蠕變損傷失效。因此﹐焊點(diǎn)可靠性問(wèn)題尤其是焊點(diǎn)的熱循環(huán)失效問(wèn)題是表面組裝技術(shù)中丞待解決的重大課題。 80年代以來(lái)﹐隨著電子產(chǎn)品集成水平的提高 ,各種形式﹑各種尺寸的電子封裝器件不斷推出﹐使得電子封裝產(chǎn)品在設(shè)計(jì)﹑生產(chǎn)過(guò)程中 ,面臨如何合理地選擇焊盤(pán)圖形﹑焊點(diǎn)鉛料量以及如何保證焊點(diǎn)質(zhì)量等問(wèn)題。同時(shí)﹐迅速變化的市場(chǎng)需求要求封裝工藝的設(shè)計(jì)者們能快速對(duì)新產(chǎn)品的性能做出判斷﹑對(duì)工藝參數(shù)的設(shè)置做出決策。目前﹐在表面組裝組件的封裝和引線設(shè)計(jì)﹑焊盤(pán)圖形設(shè)計(jì)﹑焊點(diǎn)鉛料量的選擇﹑焊點(diǎn)形態(tài)評(píng)定等方面尚未能形成合理 統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)則﹐對(duì)工藝參數(shù)的選擇﹑焊點(diǎn)性能的評(píng)價(jià)局限于通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)估測(cè)。因此﹐迫切需要尋找一條方便有效的分析焊點(diǎn)可靠性的途徑﹐有效地提高表面組裝技術(shù)的設(shè)計(jì)﹑工藝水平。 研究表明﹐改善焊點(diǎn)形態(tài)是提高 SMT焊點(diǎn)可靠性的重要途徑。 90年代以來(lái)﹐關(guān)于焊點(diǎn)形成及焊點(diǎn)可靠性分析理論有大量文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)。然而﹐這些研究工作都是專(zhuān)業(yè)學(xué)者們針對(duì)焊點(diǎn)可靠性分析中的局部問(wèn)題進(jìn)行的﹐尚未形成系統(tǒng)的可靠性分析方法﹐使其在工程實(shí)踐中的具體應(yīng)用受 到限制。 因此﹐基于設(shè)計(jì)和控制 SMT焊點(diǎn)形態(tài)是提高 SMT焊點(diǎn)可靠性的重要途徑的思想﹐在進(jìn)一步完善焊點(diǎn)形成及焊點(diǎn)可靠性分析理論基礎(chǔ)上﹐實(shí)現(xiàn)了焊點(diǎn)工藝參數(shù)設(shè)計(jì)到焊點(diǎn)形態(tài)預(yù)測(cè)﹐直至焊點(diǎn)可靠性分析的集成過(guò)程﹐實(shí)現(xiàn) SMT焊點(diǎn)形態(tài)優(yōu)化系統(tǒng)﹐并建立實(shí)用化 SMT焊點(diǎn)形態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)﹐對(duì)于減少 SMT產(chǎn)品決策實(shí)驗(yàn)工作量﹐提高決策效率和工藝設(shè)計(jì)水平﹐保證 SMT焊點(diǎn)的可靠性具有重要的技術(shù)﹑經(jīng)濟(jì)意義。 1．問(wèn)題描述 SMT 及其焊點(diǎn)失效 表面組裝技術(shù) (Surface Mount Technology)簡(jiǎn)稱(chēng) SMT是通過(guò)再流焊﹑氣相焊或波峰焊等軟鉛焊方法將電子組件貼裝在印制板表面或基板上的微電子組裝技術(shù)。與傳統(tǒng)封裝形式相比﹐ SMT具有體積小﹑重要輕﹑集成度高﹑可雙面封裝﹑易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化以及抗電磁干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 組裝包括芯片內(nèi)組裝 (如將芯片封裝在基板上成為一個(gè)完整的表面組裝組件 )和芯片外組裝 (將表面組裝組件或單一組件器件封裝在印制板上 )。按照封裝組件的類(lèi)型﹐ SMT包括無(wú)引線陶瓷芯片載體 LCCC﹐方型扁平封裝 QFP以及球柵數(shù)組 BGA等組裝形式﹐如圖 1所示。 可見(jiàn)﹐在 SMT封裝產(chǎn)品中﹐焊點(diǎn)是關(guān)鍵的組成部分﹐既要承載電氣暢通﹑又要承載機(jī)械連接﹐因此﹐提高焊點(diǎn)可靠性是保證 SMT產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。 SMT可靠性問(wèn)題主要來(lái)自于生產(chǎn)組裝過(guò)程和服役過(guò)程中。在生產(chǎn)組裝過(guò)程中﹐由于焊前準(zhǔn)備﹐焊接過(guò)程及焊后檢測(cè)等設(shè)備條件的限制﹐以及焊接規(guī)范選擇的人為誤差﹐常造成焊接故障﹐如虛焊﹑焊錫短路及曼哈頓現(xiàn)象等﹐約占 SMT產(chǎn)品常見(jiàn)故障的 85%﹐遠(yuǎn)高于其它故障如器件或印制板故障。 在實(shí)際工作中﹐ SMT產(chǎn)品經(jīng)常處于溫度波動(dòng)的服役環(huán)境 中﹐如計(jì)算器內(nèi)電子組裝件經(jīng)常經(jīng)歷通斷電﹐電子組件和 PCB板不斷被加熱和冷卻﹐由于材料間熱膨脹系數(shù)的差異﹐在焊點(diǎn)上必然產(chǎn)生熱應(yīng)力﹐應(yīng)力的大小和方向會(huì)隨著溫度的變化而變化﹐而造成焊點(diǎn)的疲勞損傷﹐SnPb鉛料的熔點(diǎn)較低﹐焊點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生明顯的粘性行為﹐即蠕變和應(yīng)力松弛現(xiàn)象﹐ Attarwala等人通過(guò)研究 SnPb鉛料斷口形貌得出﹐失效焊點(diǎn)斷口表面主要有表征疲勞斷裂的疲勞裂紋和表征蠕變斷裂的沿晶裂紋﹐說(shuō)明焊點(diǎn)失效為蠕變 疲勞作用的結(jié)果。 SMT焊點(diǎn)在服役條件下的可靠性問(wèn)題﹐即在熱循環(huán)或功率循環(huán)中﹐由于芯片載體與基 板之間的熱膨脹失配所導(dǎo)致的焊點(diǎn)的蠕變疲勞失效問(wèn)題﹐是 SMT領(lǐng)域丞待解決的重要問(wèn)題﹐下文所指的 SMT焊點(diǎn)可靠性即為 SMT焊點(diǎn)在服役條件下的可靠性。 SMT焊點(diǎn)可靠性的影響因素 研究表明﹐ SMT焊點(diǎn)可靠性的影響因素主要有以下幾個(gè)方面﹕ 1．材料因素裂紋的起裂與擴(kuò)展是焊點(diǎn)失效的直接原因。鉛料的微觀結(jié)構(gòu)即鉛料的組織結(jié)構(gòu)﹑晶粒尺寸決定著鉛料的變形機(jī)制﹑疲勞裂紋擴(kuò)展機(jī)制﹐從而對(duì)焊點(diǎn)的可靠性有決定性影響。
公司管理相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1