SMT焊點(diǎn)質(zhì)量檢測(cè)方法

1、摘要：介紹了SMT焊點(diǎn)質(zhì)量常用檢測(cè)方法，包括從外觀到內(nèi)部組織機(jī)構(gòu)、從電性能到機(jī)械性能等各項(xiàng)檢測(cè)的原理和應(yīng)用范圍，并分析了在工藝、制造和使用過(guò)程中出現(xiàn)的各種焊點(diǎn)失效機(jī)理，并從焊點(diǎn)幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、釬料性質(zhì)及材料熱匹配等方面提出了降低失效率、提高焊點(diǎn)可靠性的途徑。關(guān)鍵詞：表面組裝技術(shù)； 焊點(diǎn)質(zhì)量； 檢測(cè)； 可靠性；熱循環(huán)為確保電子產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性和可靠性，或?qū)κМa(chǎn)品進(jìn)行分析診斷，一般需進(jìn)行必要的焊點(diǎn)質(zhì)量檢測(cè)。SMT中焊點(diǎn)質(zhì)量檢測(cè)方法很多，應(yīng)該根據(jù)不同元器件、不同檢測(cè)項(xiàng)目等選擇不同的檢測(cè)方法。1 焊點(diǎn)質(zhì)量檢測(cè)方法焊點(diǎn)質(zhì)量常用檢測(cè)方法有非破壞性、破壞性和環(huán)境檢測(cè)3種，見(jiàn)表1所示。1.1 目視檢測(cè)目視檢測(cè)是

2、最常用的一種非破壞檢測(cè)方法，可用萬(wàn)能投影儀或10倍放大鏡進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)速度和精度與檢測(cè)人員能力有關(guān)，評(píng)價(jià)可按照以下基準(zhǔn)進(jìn)行：潤(rùn)濕狀態(tài)釬料完全覆蓋焊盤(pán)及引線的釬焊部位，接觸角最好小于20°，通常以小于30°為標(biāo)準(zhǔn)，最大不超過(guò)60°。 焊點(diǎn)外觀釬料流動(dòng)性好，表面完整且平滑光亮，無(wú)針孔、砂粒、裂紋、橋連和拉尖等微小缺陷。釬料量釬焊引線時(shí)，釬料輪廓薄且引線輪廓明顯可見(jiàn)。1.2 電氣檢測(cè) 電氣檢測(cè)是產(chǎn)品在加載條件下通電，以檢測(cè)是否滿足所要求的規(guī)范。它能有效地查出目視檢測(cè)所不能發(fā)現(xiàn)的微小裂紋和橋連等。檢測(cè)時(shí)可使用各種電氣測(cè)量?jī)x，檢 測(cè)導(dǎo)通不良及在釬焊過(guò)程中引起的元器件熱損壞。

3、前者是由微小裂紋、極細(xì)絲的錫蝕和松香粘附等引起，后者是由于過(guò)熱使元器件失效或助焊劑分解氣體引起元器件 的腐蝕和變質(zhì)等。1.3 X-ray 檢測(cè)X-ray檢測(cè)是利用X射線可穿透物質(zhì)并在物質(zhì)中有衰減的特性來(lái)發(fā)現(xiàn)缺陷，主要檢測(cè)焊點(diǎn)內(nèi)部缺陷，如BGA、CSP和FC焊點(diǎn)等。目前X射線設(shè)備的X光束斑一般在1-5m范圍內(nèi)，不能用來(lái)檢測(cè)亞微米范圍內(nèi)的焊點(diǎn)微小開(kāi)裂。1.4 超聲波檢測(cè) 超聲波檢測(cè)利用超聲波束能透入金屬材料的深處，由一截面進(jìn)入另一截面時(shí)，在界面邊緣發(fā)生反射的特點(diǎn)來(lái)檢測(cè)焊點(diǎn)的缺陷。來(lái)自焊點(diǎn)表面的超聲波進(jìn)入金屬內(nèi) 部，遇到缺陷及焊點(diǎn)底部時(shí)就會(huì)發(fā)生反射現(xiàn)象，將反射波束收集到熒光屏上形成脈沖波形，根據(jù)波形

4、的特點(diǎn)來(lái)判斷缺陷的位置、大小和性質(zhì)。超聲波檢驗(yàn)具有靈敏度 高、操作方便、檢驗(yàn)速度快、成本低、對(duì)人體無(wú)害等優(yōu)點(diǎn)，但是對(duì)缺陷進(jìn)行定性和定量判定尚存在困難。 掃描超聲波顯微鏡（ C-SAM）主要利用高頻超聲（ 一般為100MHz以上）在材料不連續(xù)的地方界面上反射產(chǎn)生的位相及振幅變化來(lái)成像，是用來(lái)檢測(cè)元器件內(nèi)部的分層、空洞和裂紋等一種有效方法。采用微聲像 技術(shù)，通過(guò)超聲換能器把超聲脈沖發(fā)射到元件封裝中，在表面和底板這一深度范圍內(nèi)，超聲反饋回波信號(hào)以稍微不同的時(shí)間間隔到達(dá)轉(zhuǎn)化器，經(jīng)過(guò)處理就得到可視的 內(nèi)部圖像，再通過(guò)選通回波信號(hào)，將成像限制在檢測(cè)區(qū)域，得到缺陷圖。一般采用頻率從100MHz到230MHz

5、，最高可達(dá)300MHz，檢測(cè)分辨率也相應(yīng) 提高。1.5 機(jī)械性破壞檢測(cè)機(jī)械性破壞檢測(cè)是將焊點(diǎn)進(jìn)行機(jī)械性破壞，從它的強(qiáng)度和斷裂面來(lái)檢查缺陷的。常用的評(píng)價(jià)指標(biāo)有拉伸強(qiáng)度、剝離強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度。因?yàn)閷?duì)所有的產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)是不可能的，所以只能進(jìn)行適量的抽檢。1.6 顯微組織檢測(cè) 顯微組織檢測(cè)是將焊點(diǎn)切片、研磨、拋光后用顯微鏡來(lái)觀察其界面，是一種發(fā)現(xiàn)釬料雜質(zhì)、熔蝕、組織結(jié)構(gòu)、合金層及微小裂紋的有效方法。焊點(diǎn)裂紋一般呈中心 對(duì)稱分布，因而應(yīng)盡量可能沿對(duì)角線方向制樣。顯微組織檢測(cè)和機(jī)械性破壞檢測(cè)一樣，不可能對(duì)所有的成品進(jìn)行檢測(cè)，只能進(jìn)行適量的抽檢。光學(xué)顯微鏡是最常用的 一種檢測(cè)儀器，放大倍數(shù)一般達(dá)10000倍，

6、可以直觀的反映材料樣品組織形態(tài)，但分辨率較低，約20nm。 1.7 其它幾種檢測(cè)方法 染色試驗(yàn)熒光滲透劑檢測(cè)是利用紫外線照射某些熒光物質(zhì)產(chǎn)生熒光的特性來(lái)檢測(cè)焊點(diǎn)表面缺陷的方法。檢驗(yàn)時(shí)先在試件上涂上滲透性很強(qiáng)的熒光油液，停留 510min，然后除凈表面多余的熒光液，這樣只有在缺陷里存在熒光液。接著在焊點(diǎn)表面撒一層氧化鎂粉末，振動(dòng)數(shù)下，在缺陷處的氧化鎂被熒光油液滲透， 并有一部分滲入缺陷內(nèi)腔，然后把多余的粉末吹掉。在暗室里用紫外線照射，留在缺陷處的熒光物質(zhì)就會(huì)發(fā)出照亮的熒光，顯示出缺陷。磁粉檢測(cè)是利用磁粉檢測(cè)漏 磁的方法，檢測(cè)時(shí)利用一種含有細(xì)磁粉的薄膜膠片，記錄釬焊焊點(diǎn)中的質(zhì)量變化情況。使用后的幾

7、分鐘內(nèi)，膠片凝固并把磁粉“ 凝結(jié)”在一定的位置上，就可以觀察被檢測(cè)試件上的磁粉分布圖形，確定是否有缺陷。由于大多數(shù)釬料是非磁性的，因此不常用于釬焊焊點(diǎn)的檢驗(yàn)?；?學(xué)分析方法可測(cè)量樣品的平均成分，并能達(dá)到很高精度，但不能給出元素分布情況。染色與滲透檢測(cè)技術(shù)（D&PT）是通過(guò)高滲透性高著色性染料滲透到 焊點(diǎn)開(kāi)裂區(qū)域，然后拉開(kāi)焊點(diǎn)，觀測(cè)焊點(diǎn)內(nèi)部開(kāi)裂程度和分布。試驗(yàn)時(shí)必須小心控制拉斷器件時(shí)的外力，以保證焊點(diǎn)繼續(xù)沿預(yù)開(kāi)裂區(qū)域斷開(kāi)。X-ray衍射（XRD）是通過(guò)X-ray在晶體中的衍射現(xiàn)象來(lái)分析晶體結(jié)構(gòu)、晶格參數(shù)、缺陷、不同結(jié)構(gòu)相的含量及內(nèi)應(yīng)力的方法，它是建立在一定晶格結(jié)構(gòu)模型基礎(chǔ)上的間接方法。

8、電子顯微鏡（EM）是用高能電子束做光源，用磁場(chǎng)作透鏡制作的電子光學(xué)儀器，主要包括掃描電子顯微鏡（SEM）， 透射電子顯微鏡（TEM），電子探針顯微鏡（EPMA）和掃描透射電子顯微鏡（STEM）。其中SEM用來(lái)觀察樣品表面形貌，TEM用來(lái)觀察樣品內(nèi)部組織 形態(tài)和結(jié)構(gòu)，EPMA用來(lái)確定樣品微觀區(qū)域化學(xué)成分，STEM具有SEM和TEM的雙層功能。此外，紅外熱相（IRTI）分析、激光全息照相法和實(shí)時(shí)射線 照相法等也可用于焊點(diǎn)質(zhì)量檢測(cè)。表2為不同分析項(xiàng)目的一些主要分析方法。2 加載檢測(cè)及可靠性評(píng)價(jià) 產(chǎn)品失效主要原因包括溫度、濕度、振動(dòng)和灰塵等，各占比例為55%、19%、20%和6%。加載檢測(cè)是每一個(gè)部件

9、在實(shí)用條件下進(jìn)行加載以檢測(cè)其動(dòng)作狀 況，方法有振動(dòng)檢測(cè)、沖擊檢測(cè)、熱循環(huán)檢測(cè)、加速度檢測(cè)和耐壓檢測(cè)等，一般根據(jù)實(shí)用條件把它們組合起來(lái)進(jìn)行，且要求對(duì)每一個(gè)成品進(jìn)行檢測(cè)。這種方法最為嚴(yán) 格，可靠性高，只有航天產(chǎn)品等可靠性要求特別嚴(yán)格的情形下才予以采用。 近年來(lái)國(guó)際上采用一種全新的焊點(diǎn)可靠性評(píng)估方法，即等溫加速扭轉(zhuǎn)循環(huán)法（MDS），通過(guò)在一定溫度下周期扭轉(zhuǎn)整個(gè)印刷電路板來(lái)考察焊點(diǎn)的可靠性。該方法 在焊點(diǎn)內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力以剪切應(yīng)力為主，和溫度循環(huán)相似，因而失效模式和機(jī)理極為相似，但試驗(yàn)周期卻可從溫度循環(huán)的幾個(gè)月減少到幾天。該方法不但可以用來(lái)快速 評(píng)估焊點(diǎn)可靠性，同時(shí)也可以用來(lái)進(jìn)行快速設(shè)計(jì)和工藝參數(shù)優(yōu)化?？?/p>

10、靠性評(píng)價(jià)分類見(jiàn)表3。遷移是金屬材料在環(huán)境下化學(xué)反應(yīng)形成的表面侵蝕現(xiàn)象，其 生長(zhǎng)過(guò)程分為陽(yáng)極溶解、離子遷移和陰極還原，即金屬電極正極溶解、移動(dòng)，在負(fù)極析出導(dǎo)致短路。遷移的發(fā)生形態(tài)常稱為Dendrite和CAF（見(jiàn)圖1）。 Dendrite指遷移使金屬在PCB的絕緣部表面析出，或者是形成樹(shù)枝狀的氧化物；CAF指金屬順著印制板內(nèi)部的玻璃纖維析出，或者使氧化物作纖維狀的 延伸。金屬離子的指標(biāo)可用標(biāo)準(zhǔn)電極電位Eo來(lái)表示，其中Sn比Pb和Cu穩(wěn)定，能形成保護(hù)性高的純態(tài)氧化膜，抑制陽(yáng)極溶解。電極電位的大小不僅取決于電對(duì)的本性，還與參加電極反應(yīng)的各種物質(zhì)的濃度有關(guān)。對(duì)于大多數(shù)電對(duì)來(lái)說(shuō)，因?yàn)椋℉+ 或OH-）直

11、接參與了電極反應(yīng)，因此電極電位還與pH值有關(guān)：pH值越高，電極電位越小。另外，助焊劑殘留如果不清洗干凈，一些腐蝕性、活性元素（如Cl）會(huì)使電遷移更強(qiáng)，影響電路可靠性。所以，目前常用免清洗助焊劑嚴(yán)格控制其活性和組份。 3 熱循環(huán)加速試驗(yàn)熱循環(huán)失效是指焊點(diǎn)在熱循環(huán)或功率循環(huán)過(guò)程中，由于芯片載體材料和基本材料存在明顯的熱膨脹系數(shù)（CTE）差異所導(dǎo)致的蠕變,疲勞失效。通常SMT中芯片載體材料為陶瓷（Al2O3），CTE為6.0x10-6/，基板材料為環(huán)氧樹(shù)脂/玻璃纖維復(fù)合板（FR4），CTE為20.0x10-6/，二者相差3倍以上。當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化或元件本身通電發(fā)熱時(shí)，由于二者間CTE差異，在焊點(diǎn)內(nèi)

12、部就產(chǎn)生周期性變化的應(yīng)力應(yīng)變過(guò)程，從而導(dǎo)致焊點(diǎn)的失效。IPC-9701標(biāo)準(zhǔn)化了五種試驗(yàn)條件下的熱循環(huán)試驗(yàn)方法，從良性的TC1參考循環(huán)條件到惡劣的TC4條件，符合合格要求的熱循環(huán)數(shù)（NTC）從NTC-A變化到NTC-E（見(jiàn)表4）。失效循環(huán)次數(shù)可用一個(gè)簡(jiǎn)單修正的Coffin-Manson數(shù)模來(lái)預(yù)測(cè)，并可以加速獲得熱循環(huán)測(cè)試結(jié)果。Coffin-Manson數(shù)模是關(guān)于熱應(yīng)力引起的低循環(huán)疲勞對(duì)微電路和半導(dǎo)體封裝可靠性影響進(jìn)行建模的有效方法，表達(dá)式為： tteedf4636!#$% 其中：Nf為疲勞失效循環(huán)數(shù)，A為常數(shù)，p為每個(gè)循環(huán)的應(yīng)變范圍，f為循環(huán)頻率，K為波爾茲曼常數(shù)（eV），Tmax為最高循環(huán)溫度

13、（K）。IPC-9701使用Engelmaier-wild焊點(diǎn)失效模型來(lái)評(píng)估加速因子AF(循環(huán)數(shù))和AF(時(shí)間)。AF(循環(huán)數(shù))與焊點(diǎn)的循環(huán)疲勞壽命有關(guān)，是在給定使用環(huán)境中產(chǎn)品壽命的試驗(yàn)中獲得，可表示為：其中：AF為加速因子，Nfield為現(xiàn)場(chǎng)循環(huán)數(shù)，Nlab為試驗(yàn)循環(huán)數(shù)，ffield為現(xiàn)場(chǎng)循環(huán)頻率，flab為試驗(yàn)循環(huán)頻率，Tfield為現(xiàn)場(chǎng)溫度變化，Tlab為試驗(yàn)溫度變化，Tfield-max為現(xiàn)場(chǎng)最高溫度，Tlab-max為試驗(yàn)最高溫度。AF（時(shí)間）與焊點(diǎn)失效的時(shí)間有關(guān)，是在給定的使用環(huán)境中產(chǎn)品壽命的試驗(yàn)中獲得，可表示為：AF（時(shí)間）=AF（循環(huán)數(shù)）×(ffield/flab)(

14、3) 設(shè)計(jì)試驗(yàn)時(shí)，在芯片和PCB內(nèi)引入菊花鏈結(jié)構(gòu)使得組裝后的焊點(diǎn)形成網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)通斷來(lái)判斷焊點(diǎn)是否失效。一般需要采用高速連續(xù)方案，在納秒級(jí)內(nèi)連 續(xù)高速采樣，以保證及時(shí)準(zhǔn)確探測(cè)到焊點(diǎn)的開(kāi)裂。評(píng)價(jià)時(shí)常根據(jù)某一恒定的金屬界面上電位降或電阻變化來(lái)判斷焊點(diǎn)的質(zhì)量，一般電阻增加 150225·ms，就可判斷為電性能失效，測(cè)得的電阻值超過(guò)閥值電阻1000 ，就認(rèn)為是開(kāi)路。 意的是，相同高溫溫差引起的損壞程度 比低溫要大，高溫變率條件下失效循環(huán)次數(shù)比低溫變率條件下失效循環(huán)次數(shù)要低，這對(duì)其它溫度范圍和溫變率的預(yù)測(cè)提供了更保守的失效周期，起到加速試驗(yàn)的效 果。但在快速溫變條件下如果改變了失效機(jī)理，

15、焊點(diǎn)特征值的變化就不可能真實(shí)地反應(yīng)大多數(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況。此外，Reza Ghaffarian還發(fā)現(xiàn)失效應(yīng)力條件可從全局轉(zhuǎn)變?yōu)榫植?，比如小型化封裝易出現(xiàn)從焊接接合點(diǎn)到封裝組裝一側(cè)的失效轉(zhuǎn)移，這就要求建立正確的的失效模 型，否則會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的失效循環(huán)次數(shù)預(yù)測(cè)結(jié)果。一般規(guī)定熱循環(huán)可接受指標(biāo)為：-40150，8001000次循環(huán)未失效即可。這些基于和實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)使用條件相應(yīng)的模擬結(jié)果的指標(biāo)有很大的安全余量，對(duì)于大多數(shù)產(chǎn)品來(lái)講，300次循環(huán)就已足夠。4 焊點(diǎn)失效機(jī)理4.1 工藝方面4.1.1 熱應(yīng)力與熱沖擊 釬焊過(guò)程中快速冷熱變化，對(duì)元件造成暫時(shí)的溫度差，使元件承受熱機(jī)械力，導(dǎo)致元件的陶瓷與玻璃部分產(chǎn)生應(yīng)力裂紋

16、，成為影響焊點(diǎn)長(zhǎng)期可靠性的不利因素。釬 料固化后，PCB由高溫降到室溫，由于PCB和元件間cte不同，有時(shí)也會(huì)導(dǎo)致陶瓷元件破裂。PCB的玻璃轉(zhuǎn)化溫度（Tg）一般在室溫和180之間。焊 后釬焊面被強(qiáng)制冷卻，PCB兩面就會(huì)在同一時(shí)刻處于不同的溫度，導(dǎo)致釬焊面在玻璃轉(zhuǎn)化溫度以上時(shí)出現(xiàn)PCB翹曲現(xiàn)象（ 允許有3°-5°翹曲），從而損害元器件?；迮c元件之間CTE不同，也會(huì)造成元件的破裂或焊點(diǎn)裂紋（ 元件不夠就要焊點(diǎn)來(lái)吸收多余的變形）。 字串64.1.2 金屬溶解在電路組裝中，常常出現(xiàn)蝕金蝕銀現(xiàn)象。這是因?yàn)殁F料中的錫與鍍金/銀引腳中的金/銀會(huì)形成化合物，導(dǎo)致焊點(diǎn)可靠性降低。釬料從釬焊

17、溫度冷卻到固態(tài)溫度期間，有溶解的金屬析出，在釬料基體內(nèi)形成脆性的金屬化合物。銅生成針狀的Cu6Sn5，銀生成扁平的Ag3Sn，金生成AgSn4立方體。這些化合物非常脆，剪切強(qiáng)度極低，元件極易脫落。如果金/銀含量少，生成的化合物量不多，對(duì)焊點(diǎn)的機(jī)械性能不會(huì)造成太大的損害，但是含量較多時(shí)，釬料會(huì)變得易碎。4.1.3 基板和元件過(guò)熱各種材料塑性一般在釬焊溫度時(shí)是不穩(wěn)定的，常出現(xiàn)基板剝離和褪色現(xiàn)象。紙基酚醛樹(shù)脂常發(fā)生剝離，適于紅外再流焊，而FR-4（環(huán)氧玻璃基板）在紅外再流焊中經(jīng)常變色。 “ 爆米花”現(xiàn)象常出現(xiàn)在大芯片IC中。IC塑料封裝極易吸潮，加熱時(shí)潮氣就會(huì)釋放出來(lái)并氣化，再流焊時(shí)在芯片底部的薄弱

18、界面處累積成一個(gè)氣泡，封裝受到氣泡 的壓力發(fā)生開(kāi)裂。這一現(xiàn)象與潮濕量、芯片的尺寸、芯片下的塑料厚度和塑料封裝與芯片之間的粘合質(zhì)量有關(guān)。目前解決的方案就是先烘干IC，然后密封保存并保 持干燥；或者在使用前幾小時(shí)進(jìn)行100以上的預(yù)先烘烤。在波峰焊中，一般不會(huì)發(fā)生“ 爆米花”現(xiàn)象。 字串6 4.1.4 超聲波清洗損害 超聲波清洗對(duì)于清除PCB表面殘留助焊劑很有效，其缺點(diǎn)是受超聲波功率大小的控制，太小則不起作用，太大則會(huì)破壞PCB及元件。超聲波清洗有可能造成的 兩種破壞結(jié)果：小液滴對(duì)表面的碰撞像噴沙，類似表面風(fēng)化；在清洗槽內(nèi)，陶瓷基板受到超聲負(fù)載激勵(lì)而呈現(xiàn)共諧振動(dòng)，產(chǎn)生周期性彎曲而發(fā)生疲勞斷裂。4.1

19、.5 裝卸和移動(dòng)電子產(chǎn)品從元器件裝配、電路組裝、釬焊直到成品的運(yùn)輸和使用的整個(gè)壽命周期內(nèi)，可能會(huì)承受由于機(jī)械負(fù)載引起的各種振動(dòng)和沖擊。例如引起片裝電容器產(chǎn)生破裂的一個(gè)常見(jiàn)原因就是PCB板的彎曲。從很緊的夾具中把PCB板取出時(shí)就會(huì)出現(xiàn)這種情況。4.2 制造方面4.2.1 機(jī)械應(yīng)力由于PCB板的彎曲附加給焊點(diǎn)和元器件過(guò)量的應(yīng)力，產(chǎn)生焊點(diǎn)質(zhì)量問(wèn)題主要包括3個(gè)方面：(1)大通孔元件焊點(diǎn)所受應(yīng)力易超過(guò)屈服極限。如果PCB板上有比較重的元件（如變壓器），應(yīng)該選擇夾具支撐；(2) 無(wú)引線陶瓷元件易發(fā)生斷裂。當(dāng)片式元件從多層板上分離時(shí)，元件發(fā)生斷裂的危險(xiǎn)性相當(dāng)高，故最好不要將片式阻容元件放在易彎曲的地方；(3

20、) IC器件上也會(huì)發(fā)生焊點(diǎn)斷裂。鷗翼形引線在板平面方向是柔性的，但在板垂直方向是剛性的，如果帶有大的細(xì)間距IC的PCB發(fā)生翹曲而沒(méi)有支撐，或由于不正確的夾具而形成機(jī)械負(fù)載，就會(huì)對(duì)焊點(diǎn)造成威脅。4.2.2 運(yùn)輸振動(dòng)焊點(diǎn)形狀圓而光滑，沒(méi)有應(yīng)力集中尖角，振動(dòng)負(fù)載一般不會(huì)損壞焊點(diǎn)，卻會(huì)破壞引線，特別是重元件和只有少量（ 2或3根）長(zhǎng)的排成一列的柔性引線元件（ 比如大的電解電容）易遭受振動(dòng)，導(dǎo)致元件引線發(fā)生疲勞斷裂。4.2.3 機(jī)械沖擊 通孔插裝焊點(diǎn)具有良好的體積和形狀，焊點(diǎn)受機(jī)械沖擊時(shí)一般不會(huì)損壞，但釬焊結(jié)構(gòu)其它部分會(huì)發(fā)生失效，如大而重的有引線元件，受機(jī)械沖擊后產(chǎn)生的大慣性力 引起!"# 板

21、上覆銅剝離或板斷裂，進(jìn)而損壞元件本身。所以要求大而重的元件必須有足夠的機(jī)械支撐固定，且要求引線有柔性。 表面組裝焊點(diǎn)比通孔插裝焊點(diǎn)小的多，且引線不穿過(guò)電路板，焊點(diǎn)機(jī)械強(qiáng)度較小，更易受到?jīng)_擊損壞的危險(xiǎn)，應(yīng)從釬焊材料和工藝入手，比如使焊膏在釬焊時(shí)不易形成焊球，助焊劑殘留物易于清除，焊膏用量要適當(dāng)?shù)取?.2.4 老化實(shí)際應(yīng)用中，電子電路會(huì)承受各種各樣的負(fù)載，包括空氣環(huán)境（ 如潮濕、污染的氣體和蒸汽），煙霧（ 汽車尾氣），溫度，機(jī)械負(fù)載等，造成以下后果：化學(xué)和電化學(xué)腐蝕，板析的退化，釬料中錫與釬焊合金之間合金層的生長(zhǎng)，由彈性塑性變形產(chǎn)生蠕變斷裂及熱機(jī)械疲勞。基板材料在溫度升高時(shí)會(huì)發(fā)生老化，溫度越高老化

22、越快?；迨?biāo)準(zhǔn)是：彈性強(qiáng)度減半，即當(dāng)彈性強(qiáng)度減半時(shí)，材料已老化失效?；迨褂脺囟鹊淖罡咴试S值取決于產(chǎn)品的“ 運(yùn)行”時(shí)間。對(duì)電子電路來(lái)說(shuō)，連續(xù)運(yùn)行時(shí)間為105，使用溫度控制在80100。4.2.5 電化學(xué)腐蝕在潮濕和有偏置電壓的情況下，金屬遷移和腐蝕很易發(fā)生。所有釬焊金屬都可能發(fā)生遷移，銀是最敏感的。空氣污染所致的電化學(xué)腐蝕危險(xiǎn)性很小，但遇到含硫氣體時(shí)，氣體中的硫會(huì)與焊點(diǎn)上的銀反應(yīng)，生成Ag3S而降低焊點(diǎn)可靠性。 4.2.6 合金層合金層不僅在釬焊過(guò)程中形成，而且在后置放置過(guò)程中也會(huì)增厚。金屬間化合物一般比較硬而脆，厚度不適對(duì)焊點(diǎn)可靠性不利，一般有3點(diǎn)要注意：(1)軟合金層將導(dǎo)致焊點(diǎn)破裂，特

23、別容易發(fā)生在含金的釬料中；(2) 整個(gè)薄層合金的變化將導(dǎo)致粘附力的降低或電接觸的老化；(3) 釬焊金屬與合金層之間的界面處出現(xiàn)釬焊金屬的伴生物，如銅2錫合金層之間出現(xiàn)的SnO2。4.2.7 蠕變斷裂材料在長(zhǎng)時(shí)間恒溫、恒壓下，即使應(yīng)力沒(méi)有達(dá)到屈服強(qiáng)度，也會(huì)慢慢產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象稱為蠕變，由蠕變引起的斷裂叫做蠕變斷裂。一般來(lái)講，當(dāng)溫度超過(guò)材料熔點(diǎn)溫度的0.3倍以上時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)明顯的蠕變。5 提高焊點(diǎn)可靠性方法 影響焊點(diǎn)質(zhì)量的因素有很多，包括機(jī)械負(fù)載、熱沖擊、裝卸和移動(dòng)造成的破壞和老化等方面的原因。操作時(shí)應(yīng)該采取相關(guān)措施來(lái)保證焊點(diǎn)質(zhì)量，包括溫度循環(huán)負(fù)載 要小，元件要小，PCB的CTE要小，采用柔性引

24、線，盡量不要裝配大而重的元件，通孔與引線配合應(yīng)緊密但不要太緊，焊點(diǎn)尺寸和形狀要適當(dāng)。另外，PCB板 裝配應(yīng)保證在板水平方向能自由移動(dòng)，否則周期性的彎曲會(huì)破壞大元件的焊點(diǎn)；通過(guò)優(yōu)化兩個(gè)特性：疲勞屈服點(diǎn)和蠕變阻抗，使釬料合金的疲勞壽命達(dá)到最大值。 tteedf4636!#$% 改善SMT焊點(diǎn)的可靠性，提高其服役壽命是一個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題，它涉及到材料學(xué)、新工藝、新技術(shù)的開(kāi)發(fā)等眾多領(lǐng)域。5.1 設(shè)計(jì)高可靠性焊點(diǎn)幾何結(jié)構(gòu)焊點(diǎn)的大小及形狀不同，其承載能力就不同，不同的幾何結(jié)構(gòu)將使焊點(diǎn)在承載時(shí)內(nèi)部的應(yīng)力分布不同，其應(yīng)變程度也不同。因而焊點(diǎn)的幾何結(jié)構(gòu)直接關(guān)系到熱循環(huán)壽命。N.Brady等人考察了625mm間距

25、的QFPL型引線焊點(diǎn)形態(tài)對(duì)強(qiáng)度的影響，得到如下經(jīng)驗(yàn)公式：其中：Xi(i=1,2,3,4,5)是焊點(diǎn)形態(tài)參數(shù)，如圖2所示。 W.M sherry 等人對(duì)84 I/O非城堡型LCCC焊點(diǎn)的剪切性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，結(jié)果表明：A、B、C 3種焊點(diǎn)形態(tài)（見(jiàn)圖3），其剪切性能不同，" 形焊點(diǎn)在室溫下的剪切性能最好。此外，焊點(diǎn)形態(tài)對(duì)剪切破斷位置也有影響：A形焊點(diǎn)，剪切破斷發(fā)生于釬料與陶瓷界面附近，B形和C形焊點(diǎn)，剪切破斷則發(fā)生于 釬料與基板界面附近。 王國(guó)忠博士對(duì)帶有邊堡的無(wú)引線SMT焊點(diǎn)形態(tài)問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析和試驗(yàn)研究，得到了焊盤(pán)伸出長(zhǎng)度、間隙高度和釬料量變化所造成的焊點(diǎn)形狀變化與其 熱循環(huán)的關(guān)系，指出平型或微凸點(diǎn)的熱循環(huán)壽命是最高的，大約是凹型焊點(diǎn)壽命的5倍（圖4），并且不同形態(tài)的焊點(diǎn)，其斷裂所發(fā)生的位置也不同（圖5）。 焊點(diǎn)失效時(shí)，剪切斷口一般位于PCB焊盤(pán)或集成塊基底焊盤(pán)與焊球之間，彎曲疲勞和熱沖擊疲勞開(kāi)裂部位一般位于PBGA集成塊最邊緣處的某一焊球，而斷口 一般位于PCB焊盤(pán)與焊球之間，而不是集成塊基底焊盤(pán)與焊球之間。這是由于焊球與PCB焊盤(pán)結(jié)合部位截面尺寸變化較大，為應(yīng)力集中處，而且這一部位形成了 金屬間化合物（IMC）而導(dǎo)致接