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电子产品无铅焊点失效模式及可靠性测试方法

日期:2021-09-16 16:38:00 浏览量:418 标签: 可靠性测试 无铅测试

电子产品的内涵极为广泛,既包括电子材料、电子元器件,又包括将它们按照既定的装配工艺程序、设计装配图和接线图,按一定的精度标准、技术要求、装配顺序安装在指定的位置上,再用导线把电路的各部分相互连接起来,组成具有独立性能的整体。电子封装中广泛采用的SMT封装技术及新型的芯片尺寸封装(CSP)、焊球阵列(BGA)等封装技术均要求通过焊点直接实现异材间电气及刚性机械连接(主要承受剪切应变),生产实践证明,良好的电接触是保证电子产品质量和可靠性的重要因素,电子产品发生故障跟电气安装的质量有密切关系。本文主要介绍无铅焊点失效模式及可靠性测试方法,一起来看看吧。

焊点的失效模式

焊点的可靠性实验工作,包括可靠性实验及分析,其目的一方面是评价、鉴定集成电路器件的可靠性水平,为整机可靠性设计提供参数;另一方面,就是要提高焊点的可靠性。这就要求对失效产品作必要的分析,找出失效模式,分析失效原因,其目的是为了纠正和改进设计工艺、结构参数、焊接工艺等,焊点失效模式对于循环寿命的预测非常重要,是建立其数学模型的基础。下面介绍3种失效模式。

电子产品无铅焊点失效模式及可靠性测试方法

1、焊接工艺引起的焊点失效

焊接工艺中的一些不利因素及随后进行的不适当的清洗工艺可能会导致焊点失效。SMT焊点可靠性问题主要来自于生产组装过程和服役过程。在生产组装过程中,由于焊前准备、焊接过程及焊后检测等设备条件的限制,以及焊接规范选择的人为误差,常造成焊接故障,如虚焊、焊锡短路及曼哈顿现象等。

另一方面,在使用过程中,由于不可避免的冲击、振动等也会造成焊点的机械损伤,如波峰焊过程中快速的冷热变化对元件造成暂时的温度差,使元件承受热一机械应力。当温差过大时,导致元件的陶瓷与玻璃部分产生应力裂纹。应力裂纹是影响焊点长期可靠性的不利因素。

同时在厚、薄膜混合电路(包括片式电容)组装过程中,常常有蚀金、蚀银的现象。这是因为焊料中的锡与镀金或镀银引脚中的金、银形成化合物,从而导致焊点的可靠性降低。过度的超声波清洗也可能对焊点的可靠性有影响。

2、时效引起的失效

当熔融的焊料与洁净的基板相接触时,在界面会形成金属间化合物(intermetallicCompounds)。在时效过程中,焊点的微结构会粗化,界面处的IMC亦会不断生长。焊点的失效部分依赖于IMC层的生长动力学。界面处的金属间化合物虽然是焊接良好的一个标志,但随着服役过程中其厚度的增加,会引起焊点中微裂纹萌生乃至断裂。

当其厚度超过某一临界值时,金属间化合物会表现出脆性,而由于组成焊点的多种材料间的热膨胀失配,使焊点在服役过程中会经历周期性的应变,形变量足够大时会导致失效。研究表明Sn60/Pb40软钎料合金中加入微量稀土元素镧,会减少金属化合物的厚度,进而使焊点的热疲劳寿命提高2倍,显著改善表面组装焊点的可靠性。

3、热循环引起的失效

电子器件在服役条件下,电路的周期性通断和环境温度的周期性变化会使焊点经受温度循环过程。封装材料问的热膨胀失配,将在焊点中产生应力和应变。如在SMT中芯片载体材料A1203陶瓷的热膨胀系数(CTE)为6x10-6℃-1,而环氧树脂/玻璃纤维基板的CTE则为15x10-6℃-1。温度变化时,焊点将承受一定的应力和应变。一般焊点所承受应变为1%~20%。在THT工艺中,器件的柔性引脚会吸收由于热失配而引起的大部分应变,焊点真正承受的应变是很小的。而在SMT中,应变基本由焊点来承受,从而会导致焊点中裂纹的萌生和扩展,最终失效。

由于焊点是因热膨胀系数不匹配产生热应力而开裂并导致失效,所以提高无引线元件与基板材料的热匹配最容易成为人们首先关注的问题。目前已研究开发出42%Ni-Fe合金(CTE=5x10-6℃-1)、Cu-36%Ni-Fe合金(铟瓦合金)、Cu-Mo-Cu及石英纤维复合材料等新材料,其中Cu-铟瓦-Cu复合基板改变其中各成份比例,用此基板铅焊的焊件经1500次热冲击实验,无焊点失效。另外还开发了在印制板上复合一层弹性较大的应力吸收层,用以吸收由于热失配引起的应力等方面的技术,也取得了比较好的效果。但新型基板材料的工艺复杂,价格相对昂贵,其实用性受到一定限制。

以上便是此次创芯检测带来的“无铅焊点失效模式及可靠性测试”相关内容,通过本文,希望能对大家有所帮助。如果您喜欢本文,不妨持续关注我们网站,我们将于后期带来更多精彩内容。如您有任何电子产品检验测试的相关需求,欢迎致电创芯检测,我们将竭诚为您服务。

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