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热循环引起的失效

发布时间:2012/9/20 20:09:51 访问次数:787

    自SMT诞生之日起,SMT焊点就BSTH3753F存在先天不足问题,即元器件与PCB的热膨胀系数失配问题,电子器件在工作时,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变化。封装材料之间的热膨胀失配会导致在焊点中产生应力和应变,如在SMT中芯片载体材料陶瓷的热膨胀系数( CTE)为6xl0-6]℃,而环氧树脂/玻璃纤维基板的CTE则为15Xl0-6/℃。温度变化时,焊点将承受一定的应力和应变。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,应力通常集中在焊球与芯片的界面处,从而会导致焊点中裂纹的萌生和扩展,最终失效,如图8.62所示。

            
    热循环会引起失效,早在锡铅焊料时代就存在类似问题,但无铅化以后这种问题有加剧倾向。这主要在于锡铅焊料时代,无论是国内还是国外焊料成分是睢一的,即SN63,它的焊接机理、工艺参数也是相同的,焊点接合部位IMC也很单纯。此外,由于锡铅焊料本身具有良好的韧性,故在恶劣的条件下能显现出它的优势。而无铅焊料品种繁杂,不同品种的合金材料,由于成分不同,它们熔点不同、所受热应力及表面张力不同、导致润湿性不同,热膨胀系数的不同,焊料与引脚材料的热膨胀系数存在差异。由于焊料与界面、焊点的应力差异,这些都会影响焊点可靠性,即便是SAC系无铅焊料,由于Ag含量不同,形成IMC界面的形态不同,Ag含量高,IMC界面处AgSn3相对多,它的抗热应力、机械应力的能力差,焊点容易龟裂。早期由于热循环温差小(Al00℃),SAC305抗热循环能力并不差,甚至好于Sn-Pb焊料。当热循环温差增至A165℃时,SAC305抗热循环能力就明显不如Sn-Pb焊料。
    显然无铅焊点的可靠性与无铅焊料品种有很大关系,选用好的无铅焊料是提高可靠性的关键。随着人们对无铅焊料深入的研究,无铅焊料的品种将逐步趋于统一,也只有统一了无铅焊料品种才能更有利于无铅工艺的推广应用。

    自SMT诞生之日起,SMT焊点就BSTH3753F存在先天不足问题,即元器件与PCB的热膨胀系数失配问题,电子器件在工作时,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变化。封装材料之间的热膨胀失配会导致在焊点中产生应力和应变,如在SMT中芯片载体材料陶瓷的热膨胀系数( CTE)为6xl0-6]℃,而环氧树脂/玻璃纤维基板的CTE则为15Xl0-6/℃。温度变化时,焊点将承受一定的应力和应变。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,应力通常集中在焊球与芯片的界面处,从而会导致焊点中裂纹的萌生和扩展,最终失效,如图8.62所示。

            
    热循环会引起失效,早在锡铅焊料时代就存在类似问题,但无铅化以后这种问题有加剧倾向。这主要在于锡铅焊料时代,无论是国内还是国外焊料成分是睢一的,即SN63,它的焊接机理、工艺参数也是相同的,焊点接合部位IMC也很单纯。此外,由于锡铅焊料本身具有良好的韧性,故在恶劣的条件下能显现出它的优势。而无铅焊料品种繁杂,不同品种的合金材料,由于成分不同,它们熔点不同、所受热应力及表面张力不同、导致润湿性不同,热膨胀系数的不同,焊料与引脚材料的热膨胀系数存在差异。由于焊料与界面、焊点的应力差异,这些都会影响焊点可靠性,即便是SAC系无铅焊料,由于Ag含量不同,形成IMC界面的形态不同,Ag含量高,IMC界面处AgSn3相对多,它的抗热应力、机械应力的能力差,焊点容易龟裂。早期由于热循环温差小(Al00℃),SAC305抗热循环能力并不差,甚至好于Sn-Pb焊料。当热循环温差增至A165℃时,SAC305抗热循环能力就明显不如Sn-Pb焊料。
    显然无铅焊点的可靠性与无铅焊料品种有很大关系,选用好的无铅焊料是提高可靠性的关键。随着人们对无铅焊料深入的研究,无铅焊料的品种将逐步趋于统一,也只有统一了无铅焊料品种才能更有利于无铅工艺的推广应用。

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