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PCBA加工过程中三种焊点时效原因简析

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焊点的失效模式

 

PCBA加工焊点的可靠性试验作业,包括可靠性试验试验及具体分析,其目的性一层面是评估、检测集成电路芯片电子元件的可靠性试验水准,为整个设备可靠性设计提供数据参数;而另一方面,便是要提升焊点的可靠性试验。这就需要对失效产品作必要的具体分析,寻找出失效模式,具体分析失效原因,其目的性是为了改善和优化设计工艺流程、结构参数、焊接工艺等,焊点失效模式针对循环寿命的预测分析十分关键,是创建其数学分析模型的根本。接下来详细介绍3种失效模式。

 

 

1、焊接工艺造成的焊点失效


焊接工艺中的一些客观条件及接着实行的不合理的清洗工艺流程可能会致使焊点失效。SMT焊点可靠性试验状况首要来源于于生产安装阶段和投入使用阶段。在生产安装阶段中,鉴于焊前准备、焊接阶段及焊后检测等设备条件的限制,及其焊接规范选择的人为误差,常造成焊接故障,如虚焊、焊锡短路及曼哈顿状况等。
而另一方面,在应用阶段中,鉴于难以避免的碰撞、震动等也会造成焊点的机械损害,如波峰焊阶段中迅速的冷热变化对电子元件造成暂时性的温度差,使电子元件承受热一机械应力。当温差过大时,造成电子元件的陶瓷与玻璃部分造成应力裂纹。应力裂纹是危害焊点长期可靠性试验的客观条件。
与此同时在厚、薄膜混合电路(包括片式电容)安装阶段中,时常有蚀金、蚀银的状况。这是由于焊接材料中的锡与镀金或镀银引脚中的金、银产生化学物质,进而导致焊点的可靠性试验降低。过度的超声波清洗也可能对焊点的可靠性试验有危害。

 

 

2、时效造成的失效


当熔融的焊接材料与干净的基板相接触时,在界面会产生金属间化学物质(intermetallicCompounds)。在时效阶段中,焊点的微结构会粗化,界面处的IMC亦会不断生长。焊点的失效部分取决于IMC层的生长动力学。界面处的金属间化学物质虽说是焊接良好的一个标志,但随着投入使用阶段中其厚度的增多,会造成焊点中微裂纹产生甚至断裂。
当其厚度超过某一临界点时,金属间化学物质会体现出脆性,而鉴于组成焊点的多种材料间的热膨胀失配,使焊点在投入使用阶段中会经历周期性的应变,形变量足够大时会造成失效。研究表明Sn60/Pb40软钎料合金中加入微量稀土元素镧,会降低金属化学物质的厚度,进而使焊点的热疲劳寿命提升2倍,显著改善表面安装焊点的可靠性试验。

 

 


3、热循环造成的失效


电子元器件在投入使用情况下,电源电路的规律性开断和工作温度的规律性变动会使焊点承担温度循环流程。封装材料问的热膨胀失配,将在焊点中产生应力和应变。如果在SMT中芯片载体材料A1203陶瓷的热膨胀系数(CTE)为6&TImes;10-6℃-1,而环氧树脂/玻璃纤维基板的CTE则为15&TImes;10-6℃-1。温度变动时,焊点将承担相应的应力和应变。一般焊点所承担应变为1%~20%。在THT工艺中,电子元器件的柔性引脚会吸收因为热失配而造成的大多数应变,焊点根本承担的应变是不大的。而在SMT中,应变基本上由焊点来承担,因此会造成焊点中裂纹的萌生和扩大,最后失效。
 

2019年10月17日 09:37

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