SMT焊點(diǎn)質(zhì)量檢測(cè)方法演示教學(xué)

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。SMT焊點(diǎn)質(zhì)量檢測(cè)方法-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

2、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，見表1所示。1.1目視檢測(cè)目視檢測(cè)是最常用的一種非破壞檢測(cè)方法，可用萬能投影儀或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：潤濕狀態(tài)釬料完全覆蓋焊盤及引線的釬焊部位，接觸角最好小于20，通常以小于30為標(biāo)準(zhǔn)，最大不超過60。焊點(diǎn)外觀釬料流動(dòng)性好，表面完整且平滑光亮，無針孔、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。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

3、各種電氣測(cè)量儀，檢測(cè)導(dǎo)通不良及在釬焊過程中引起的元器件熱損壞。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。1.3X-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)，不能用來檢測(cè)亞微米范圍內(nèi)的焊點(diǎn)微小開裂。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)來檢測(cè)焊點(diǎn)的缺陷。來自焊點(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)

4、象，將反射波束收集到熒光屏上形成脈沖波形，根據(jù)波形的特點(diǎn)來判斷缺陷的位置、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成像，是用來檢測(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)過處理就得到可視的內(nèi)部圖像，再通過選通回波信號(hào)，將成像限制在檢測(cè)區(qū)域，得到缺陷圖。一

5、般采用頻率從100MHz到230MHz，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

6、大倍數(shù)一般達(dá)10000倍，可以直觀的反映材料樣品組織形態(tài)，但分辨率較低，約201.7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

7、用后的幾分鐘內(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)?；瘜W(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）是通過高滲透性高著色性染料滲透到焊點(diǎn)開裂區(qū)域，然后拉開焊點(diǎn)，觀測(cè)焊點(diǎn)內(nèi)部開裂程度和分布。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)開裂區(qū)域斷開。X-ray衍射（XRD）是通過X-ray在晶體中的衍射現(xiàn)象來分析晶體結(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。電子顯微

8、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用來觀察樣品表面形貌，TEM用來觀察樣品內(nèi)部組織形態(tài)和結(jié)構(gòu)，EPMA用來確定樣品微觀區(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)部件在實(shí)用條件下進(jìn)行加

9、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。近年來國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），通過在一定溫度下周期扭轉(zhuǎn)整個(gè)印刷電路板來考察焊點(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快速評(píng)估焊點(diǎn)可靠性，同時(shí)也可以用來進(jìn)行快速設(shè)計(jì)和工藝參數(shù)優(yōu)化?？煽啃栽u(píng)價(jià)分類見表3。遷移是金

10、屬材料在環(huán)境下化學(xué)反應(yīng)形成的表面侵蝕現(xiàn)象，其生長過程分為陽極溶解、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)來說，因?yàn)椋℉+或OH-）直接參與了電極反應(yīng)，因此電極電位還與p

11、H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6.0 x10-6/，基板材料為環(huán)氧樹脂/玻璃纖維復(fù)合板（FR4），CTE為20.0 x10-6/，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)部就產(chǎn)生周期性變化的應(yīng)力應(yīng)變過程，從

12、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（見表4）。失效循環(huán)次數(shù)可用一個(gè)簡單修正的Coffin-Manson數(shù)模來預(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（K）。IPC-9701使用Engelm

13、aier-wild焊點(diǎn)失效模型來評(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)(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

14、裝后的焊點(diǎn)形成網(wǎng)絡(luò)，通過檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)通斷來判斷焊點(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判斷焊點(diǎn)的質(zhì)量，一般電阻增加150225ms，就可判斷為電性能失效，測(cè)得的電阻值超過閥值電阻1000，就認(rèn)為是開路。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，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，RezaGhaff

15、arian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，成為影響焊點(diǎn)長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c

16、te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，

17、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?！氨谆ā爆F(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)釋放出來并氣化，再流焊時(shí)在芯片底部的薄弱界面處累積成一個(gè)氣泡，封裝受到氣泡的壓力發(fā)生開裂。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)。

18、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64.1.4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。4.1.5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

19、器產(chǎn)生破裂的一個(gè)常見原因就是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)和元器件過量的應(yīng)力，產(chǎn)生焊點(diǎn)質(zhì)量問題主要包括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)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)生翹曲而沒有支撐，或由于不正確的夾具而

20、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，且引線不穿過電路板，焊點(diǎn)機(jī)械強(qiáng)度較小，更易受到?jīng)_

21、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，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，溫度越高老化越快。基板失效標(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。基板使用溫度的最高允許值取決于產(chǎn)品的“運(yùn)行”時(shí)間。對(duì)電子電路來說，連續(xù)運(yùn)行時(shí)間為105，使用溫度控制在80100。4.2

22、.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?？諝馕廴舅碌碾娀瘜W(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程中形成，而且在后置放置過程中也會(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

23、時(shí)間恒溫、恒壓下，即使應(yīng)力沒有達(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。一般來講，當(dāng)溫度超過材料熔點(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)；通過優(yōu)化兩個(gè)特性：疲勞屈服點(diǎn)和蠕變阻抗，使釬

24、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)雜的問題，它涉及到材料學(xué)、新工藝、新技術(shù)的開發(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.Msherry等人對(duì)84I/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

25、3種焊點(diǎn)形態(tài)（見圖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。王國忠博士對(duì)帶有邊堡的無引線SMT焊點(diǎn)形態(tài)問題進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析和試驗(yàn)研究，得到了焊盤伸出長度、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焊盤或集成塊基底焊盤與焊球之間，彎曲疲勞和熱沖擊疲勞開裂部位一般位于PBGA集成塊最邊緣處的某一焊球，而斷口一般位于PCB焊盤與焊球之間，而不是集成塊基底焊盤與焊球之間。這是由于焊球與PCB焊盤結(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