焊點可靠性研究word版-展示頁
2025-01-17 08:40本頁面
【正文】 靠性問題﹐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致的焊點的蠕變疲勞失效問題﹐是 SMT領域丞待解決的重要問題﹐下文所指的 SMT焊點可靠性即為 SMT焊點在服役條件下的可靠性。在生產組裝過程中﹐由于焊前準備﹐焊接過程及焊后檢測等設備條件的限制﹐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象等﹐約占 SMT產品常見故障的 85%﹐遠高于其它故障如器件或印制板故障。 可見﹐在 SMT封裝產品中﹐焊點是關鍵的組成部分﹐既要承載電氣暢通﹑又要承載機械連接﹐因此﹐提高焊點可靠性是保證 SMT產品質量的關鍵。 組裝包括芯片內組裝 (如將芯片封裝在基板上成為一個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 )。 1．問題描述 SMT 及其焊點失效 表面組裝技術 (Surface Mount Technology)簡稱 SMT是通過再流焊﹑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。然而﹐這些研究工作都是專業(yè)學者們針對焊點可靠性分析中的局部問題進行的﹐尚未形成系統(tǒng)的可靠性分析方法﹐使其在工程實踐中的具體應用受 到限制。 研究表明﹐改善焊點形態(tài)是提高 SMT焊點可靠性的重要途徑。目前﹐在表面組裝組件的封裝和引線設計﹑焊盤圖形設計﹑焊點鉛料量的選擇﹑焊點形態(tài)評定等方面尚未能形成合理 統(tǒng)一的標準或規(guī)則﹐對工藝參數的選擇﹑焊點性能的評價局限于通過大量的實驗估測。 80年代以來﹐隨著電子產品集成水平的提高 ,各種形式﹑各種尺寸的電子封裝器件不斷推出﹐使得電子封裝產品在設計﹑生產過程中 ,面臨如何合理地選擇焊盤圖形﹑焊點鉛料量以及如何保證焊點質量等問題。對于小尺寸組件﹐雖然因材料的 CTE失配而引起的焊點應力水平較低﹐但由于 SnPb鉛料在熱循環(huán)條件下的粘性行為 (蠕變和應力松弛 )存在著蠕變損傷失效。 另外﹐表面組裝技術中大尺寸組件 (如陶瓷芯片載體 )與印制線路板的熱膨脹系數相差較大﹐當溫度升高時﹐這種熱膨脹差必須全部由焊點來吸收。 THT焊點因為鍍通孔內引線和導體鉛焊后﹐填縫鉛料為焊點提供了主要的機械強度和可靠性﹐鍍通孔外緣的鉛焊圓角形態(tài)不是影響焊點可靠性的主要因素﹐一般只需具有潤濕良好的特征就可以被 接受。 SMT焊點可靠性研究 前言 近幾年﹐隨著支配電子產品飛速發(fā)展的高新型微電子組裝技術 表面組裝技術 (SMT)的飛速發(fā)展﹐ SMT焊點可靠性問題成為普遍關注的焦點問題。 與通孔組裝技術 THT(Through Hole Technology)相比﹐ SMT在焊點結構特征上存在著很大的差異。但在表面組裝技術中﹐鉛料的填縫尺寸相對較小﹐鉛料的圓角 (或稱邊堡 )部分在焊點的電氣和機械連接中起主要作用﹐焊點的可靠性與 THT焊點相比要低得多﹐鉛料圓角的凹凸形態(tài)將對焊點的可靠性產生重要影響。如果溫度超過鉛料的使用溫度范圍﹐則在焊點處會產生很大的應力最終導致產品失效。因此﹐焊點可靠性問題尤其是焊點的熱循環(huán)失效問題是表面組裝技術中丞待解決的重大課題。同時﹐迅速變化的市場需求要求封裝工藝的設計者們能快速對新產品的性能做出判斷﹑對工藝參數的設置做出決策。因此﹐迫切需要尋找一條方便有效的分析焊點可靠性的途徑﹐有效地提高表面組裝技術的設計﹑工藝水平。 90年代以來﹐關于焊點形成及焊點可靠性分析理論有大量文獻報導。 因此﹐基于設計和控制 SMT焊點形態(tài)是提高 SMT焊點可靠性的重要途徑的思想﹐在進一步完善焊點形成及焊點可靠性分析理論基礎上﹐實現了焊點工藝參數設計到焊點形態(tài)預測﹐直至焊點可靠性分析的集成過程﹐實現 SMT焊點形態(tài)優(yōu)化系統(tǒng)﹐并建立實用化 SMT焊點形態(tài)優(yōu)化設計系統(tǒng)﹐對于減少 SMT產品決策實驗工作量﹐提高決策效率和工藝設計水平﹐保證 SMT焊點的可靠性具有重要的技術﹑經濟意義。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﹑易于實現自動化以及抗電磁干擾能力強等優(yōu)點。按照封裝組件的類型﹐ SMT包括無引線陶瓷芯片載體 LCCC﹐方型扁平封裝 QFP以及球柵數組 BGA等組裝形式﹐如圖 1所示。 SMT可靠性問題主要來自于生產組裝過程和服役過程中。 在實際工作中﹐ SMT產品經常處于溫度波動的服役環(huán)境 中﹐如計算器內電子組裝件經常經歷通斷電﹐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的差異﹐在焊點上必然產生熱應力﹐應力的大小和方向會隨著溫度的變化而變化﹐而造成焊點的疲勞損傷﹐SnPb鉛料的熔點較低﹐焊點會產生明顯的粘性行為﹐即蠕變和應力松弛現象﹐ Attarwala等人通過研究 SnPb鉛料斷口形貌得出﹐失效焊點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﹐說明焊點失效為蠕變 疲勞作用的結果。 SMT焊點可靠性的影響因素 研究表明﹐ SMT焊點可靠性的影響因素主要有以下幾個方面﹕ 1．材料因素裂紋的起裂與擴展是焊點失效的直接原因。如圖 2是改變鉛料中 Sn﹑ Pb的配比所對應的不同鉛料中含 Sn量的增加﹐焊點疲勞壽命增加。 另外﹐由于組件與基板材料 CTE不匹配導致焊點在熱循環(huán)過
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