顯微鏡,顯微鏡價(jià)格,顯微鏡的價(jià)格

　　熱循環(huán)為確保電子產(chǎn)品德量穩(wěn)固性和可靠性，或?qū)κМa(chǎn)品進(jìn)行剖析診斷，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)辦法很多，應(yīng)當(dāng)依據(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)方式

　　　　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Zui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)職員才能有關(guān)，評(píng)價(jià)可依照以下基準(zhǔn)進(jìn)行：

　　　?、艥?rùn)濕狀況釬料完整籠罩焊盤(pán)及引線的釬焊部位，接觸角Zui好小于20°，通常以小于30°為標(biāo)準(zhǔn)，Zui大不超過(guò)60°。

　　

　　

　　

　　　　⑵焊點(diǎn)外觀釬料流動(dòng)性好，表面完全且平滑光明，無(wú)針孔、砂粒、裂紋、橋連和拉尖等渺小缺點(diǎn)。

　　　　⑶釬料量釬焊引線時(shí)，釬料輪廓薄且引線輪廓顯明可見(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(mǎn)足所請(qǐng)求的規(guī)范。它能有效地查出目視檢測(cè)所不能發(fā)明的微小裂紋和橋連等。檢測(cè)時(shí)可應(yīng)用各種電氣丈量?jī)x，檢測(cè)導(dǎo)通不良及在釬焊進(jìn)程中引起的元器件熱破壞。前者是由渺小裂紋、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化和變質(zhì)等。

　　　　1.3 X-ray 檢測(cè)

　　　　X-ray檢測(cè)是應(yīng)用X射線可穿透物資并在物質(zhì)中有衰減的特征來(lái)發(fā)明缺陷，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射線裝備的X光束斑一般在1-5μm范疇內(nèi)，不能用來(lái)檢測(cè)亞微米規(guī)模內(nèi)的焊點(diǎn)微小開(kāi)裂。

　　　　1.4 超聲波檢測(cè)

　　　　超聲波檢測(cè)利用超聲波束能透進(jìn)金屬材料的深處，由一截面進(jìn)入另一截面時(shí)，在界面邊沿發(fā)生反射的特色來(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，碰到缺陷及焊點(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)波形的特色來(lái)斷定缺陷的位置、大小和性質(zhì)。超聲波檢驗(yàn)具有敏銳度高、操作便利、檢驗(yàn)速度快、本錢(qián)低、對(duì)人體無(wú)害等長(zhǎng)處，但是對(duì)缺陷進(jìn)行定性和定量判定尚存在艱苦。

　　　　掃描超聲波顯微鏡（ C-SAM）重要應(yīng)用高頻超聲（ 一般為100MHz以上）在材料不持續(xù)的處所界面上反射產(chǎn)生的位相及振幅變更來(lái)成像，是用來(lái)檢測(cè)元器件內(nèi)部的分層、空泛和裂紋等一種有效辦法。采用微聲像技巧，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疇內(nèi)，超聲反饋回波信號(hào)以稍微不同的時(shí)光間隔達(dá)到轉(zhuǎn)化器，經(jīng)過(guò)處置就得到可視的內(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，得到缺點(diǎn)圖。一般采取頻率從100MHz到230MHz，Zui高可達(dá)300MHz，檢測(cè)辨別率也相應(yīng)進(jìn)步。

　　　　1.5 機(jī)械性損壞檢測(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)檢討缺陷的。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)察看其界面，是一種發(fā)明釬料雜質(zhì)、熔蝕、組織結(jié)構(gòu)、合金層及渺小裂紋的有效辦法。焊點(diǎn)裂紋一般呈中心對(duì)稱(chēng)散布，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)械性損壞檢測(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Zui常用的一種檢測(cè)儀器，放大倍數(shù)一般達(dá)10000倍，可以直觀的反應(yīng)材料樣品組織形態(tài)，但辨別率較低，約20nm。

　　　　1.7 其它幾種檢測(cè)方式

　　　　染色試驗(yàn)熒光滲透劑檢測(cè)是利用紫外線照耀某些熒光物資產(chǎn)生熒光的特征來(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5~10min，然后除凈表面過(guò)剩的熒光液，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，并有一部分滲透缺陷內(nèi)腔，然后把過(guò)剩的粉末吹掉。在暗室里用紫外線照耀，留在缺陷處的熒光物質(zhì)就會(huì)發(fā)出照亮的熒光，顯示有缺陷。磁粉檢測(cè)是應(yīng)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，記載釬焊焊點(diǎn)中的質(zhì)量變化情形。使用后的幾分鐘內(nèi)，膠片凝固并把磁粉“ 凝結(jié)”在必定的地位上，就可以察看被檢測(cè)試件上的磁粉分布圖形，斷定是否有缺陷。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)。

　　　　化學(xué)分析方法可丈量樣品的均勻成分，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)技巧（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)裂水平和分布。試驗(yàn)時(shí)必需警惕把持拉斷器件時(shí)的外力，以保證焊點(diǎn)持續(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)剖析晶體結(jié)構(gòu)、晶格參數(shù)、缺點(diǎn)、不同結(jié)構(gòu)相的含量及內(nèi)應(yīng)力的方法，它是樹(shù)立在必定晶格結(jié)構(gòu)模型基本上的間接方法。

　　　　電子顯微鏡（EM）是用高能電子束做光源，用磁場(chǎng)作透鏡制造的電子光學(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)視察樣品表面形貌，TEM用來(lái)察看樣品內(nèi)部組織形態(tài)和結(jié)構(gòu)，EPMA用來(lái)斷定樣品微觀區(qū)域化學(xué)成分，STEM具有SEM和TEM的雙層功效。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)目標(biāo)一些主要分析方法。

　　2 加載檢測(cè)及可靠性評(píng)價(jià)

　　　　產(chǎn)品失效主要原因包含溫度、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)部件在適用條件下進(jìn)行加載以檢測(cè)其動(dòng)作狀態(tài)，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，一般依據(jù)適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Zui為嚴(yán)厲，可靠性高，只有航天產(chǎn)品等可靠性要求特殊嚴(yán)厲的情況下才予以采用。

　　

　　

　　

　　　　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)在必定溫度下周期扭轉(zhuǎn)全部印刷電路板來(lái)考核焊點(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)類(lèi)似，因而失效模式和機(jī)理極為類(lèi)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。

　　　　可靠性評(píng)價(jià)分類(lèi)見(jiàn)表3。遷移是金屬材料在環(huán)境下化學(xué)反映形成的表面侵蝕現(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(chēng)為Dendrite和CAF（見(jiàn)圖1）。Dendrite指遷移使金屬在PCB的盡緣部表面析出，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長(zhǎng)。

　　

　　

　　

　　　　金屬離子的指標(biāo)可用尺度電極電位Eo來(lái)表現(xiàn)，其中Sn比Pb和Cu穩(wěn)固，能形成維護(hù)性高的純態(tài)氧化膜，克制陽(yáng)極溶解。電極電位的大小不僅取決于電對(duì)的天性，還與加入電極反響的各種物資的濃度有關(guān)。對(duì)于大多數(shù)電對(duì)來(lái)說(shuō)，由于（H+ 或OH-）直接參與了電極反映，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，助焊劑殘留假如不清洗清潔，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)厲把持其活性和組份。

　　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)進(jìn)程中，由于芯片載體材料和基礎(chǔ)材料存在顯明的熱膨脹系數(shù)（CTE）差別所導(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/℃，基板資料為環(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)境溫度產(chǎn)生變更或元件本身通電發(fā)熱時(shí)，由于二者間CTE差別，在焊點(diǎn)內(nèi)部就發(fā)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尺度化了五種試驗(yàn)條件下的熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)方式，從良性的TC1參考循環(huán)條件到惡劣的TC4條件，符合及格請(qǐng)求的熱循環(huán)數(shù)（NTC）從NTC-A變更到NTC-E（見(jiàn)表4）。

　　

　　

　　

　　　　失效循環(huán)次數(shù)可用一個(gè)簡(jiǎn)略修改的Coffin-Manson數(shù)模來(lái)猜測(cè)，并可以加速獲得熱循環(huán)測(cè)試成果。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：

　　

　　

　　

　　　　其中：Nf為疲勞失效循環(huán)數(shù)，A為常數(shù)，εp為每個(gè)循環(huán)的應(yīng)變范疇，f為循環(huán)頻率，K為波爾茲曼常數(shù)（eV），Tmax為Zui高循環(huán)溫度（K）。

　　　　IPC-9701應(yīng)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)光)。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)品壽命的實(shí)驗(yàn)中獲得，可表現(xiàn)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)Zui高溫度，Tlab-max為試驗(yàn)Zui高溫度。AF（時(shí)間）與焊點(diǎn)失效的時(shí)光有關(guān)，是在給定的使用環(huán)境中產(chǎn)品壽命的實(shí)驗(yàn)中獲得，可表現(xiàn)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)引進(jìn)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)判定焊點(diǎn)是否失效。一般須要采取高速持續(xù)計(jì)劃，在納秒級(jí)內(nèi)連續(xù)高速采樣，以保證及時(shí)正確探測(cè)到焊點(diǎn)的開(kāi)裂。評(píng)價(jià)時(shí)常依據(jù)某一恒定的金屬界面上電位降或電阻變化來(lái)斷定焊點(diǎn)的質(zhì)量，一般電阻增添150~225Ω?ms，就可斷定為電性能失效，測(cè)得的電阻值超過(guò)閥值電阻1000 Ω，就以為是開(kāi)路。

　　　　意的是，雷同高溫溫差引起的損壞水平比低溫要大，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)其它溫度規(guī)模和溫變率的猜測(cè)供給了更守舊的失效周期，起到加速試驗(yàn)的后果。但在快速溫變條件下如果轉(zhuǎn)變了失效機(jī)理，焊點(diǎn)特點(diǎn)值的變化就不可能真實(shí)地反響大多數(shù)現(xiàn)場(chǎng)利用情況。此外，Reza Ghaffarian還發(fā)現(xiàn)失效應(yīng)力條件可從全局改變?yōu)榫植浚热缧⌒突庋b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，這就要求樹(shù)立準(zhǔn)確的的失效模型，否則會(huì)導(dǎo)致過(guò)錯(cuò)的失效循環(huán)次數(shù)猜測(cè)結(jié)果。

　　一般規(guī)定熱循環(huán)可接收指標(biāo)為：-40~150℃，800~1000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)的模仿成果的指標(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，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)致陶瓷元件決裂。PCB的玻璃轉(zhuǎn)化溫度（Tg）一般在室平和180℃之間。焊后釬焊面被強(qiáng)迫冷卻，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（ 容許有3°-5°翹曲），從而侵害元器件?；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)接收過(guò)剩的變形）。

　　　　4.1.2 金屬溶解

　　　　在電路組裝中，經(jīng)常出現(xiàn)蝕金蝕銀現(xiàn)象。這是由于釬料中的錫與鍍金/銀引腳中的金/銀會(huì)形成化合物，導(dǎo)致焊點(diǎn)可靠性下降。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。銅天生針狀的Cu6Sn5，銀生成扁平的Ag3Sn，金天生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，生成的化合物量未幾，對(duì)焊點(diǎn)的機(jī)械性能不會(huì)造成太大的侵害，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)固的，常呈現(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)開(kāi)釋出來(lái)并氣化，再流焊時(shí)在芯片底部的單薄界面處累積成一個(gè)氣泡，封裝受到氣泡的壓力發(fā)生開(kāi)裂。這一現(xiàn)象與濕潤(rùn)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)。目前解決的計(jì)劃就是先烘干IC，然后密封保留并堅(jiān)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。

　　　　4.1.4 超聲波清洗侵害

　　　　超聲波清洗對(duì)于肅清PCB表面殘留助焊劑很有效，其毛病是受超聲波功率大小的節(jié)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，相似表面風(fēng)化；在清洗槽內(nèi)，陶瓷基板受到超聲負(fù)載鼓勵(lì)而浮現(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)輸和應(yīng)用的全部壽命周期內(nèi)，可能會(huì)蒙受由于機(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發(fā)生決裂的一個(gè)常見(jiàn)原因就是PCB板的曲折。從很緊的夾具中把PCB板取出時(shí)就會(huì)呈現(xiàn)這種情形。

　　　　4.2 制作方面

　　　　4.2.1 機(jī)械應(yīng)力

　　　　由于PCB板的曲折附加給焊點(diǎn)和元器件過(guò)量的應(yīng)力，產(chǎn)生焊點(diǎn)質(zhì)量問(wèn)題重要包含3個(gè)方面：

　　　　(1)大通孔元件焊點(diǎn)所受應(yīng)力易超過(guò)屈從極限。假如PCB板上有比擬重的元件（如變壓器），應(yīng)當(dāng)選擇夾具支持；

　　　　(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別時(shí)，元件產(chǎn)生斷裂的危險(xiǎn)性相當(dāng)高，故Zui好不要將片式阻容元件放在易曲折的處所；

　　　　(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，假如帶有大的細(xì)間距IC的PCB發(fā)生翹曲而沒(méi)有支持，或由于不準(zhǔn)確的夾具而形成機(jī)械負(fù)載，就會(huì)對(duì)焊點(diǎn)造成要挾。

　　4.2.2 運(yùn)輸振動(dòng)

　　　　焊點(diǎn)外形圓而光滑，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)損壞引線，特殊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）易遭遇振動(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)具有良好的體積和外形，焊點(diǎn)受機(jī)械沖擊時(shí)一般不會(huì)損壞，但釬焊構(gòu)造其它部分會(huì)產(chǎn)生失效，如大而重的有引線元件，受機(jī)械沖擊后發(fā)生的大慣性力引起!"# 板上覆銅剝離或板斷裂，進(jìn)而破壞元件本身。所以要求大而重的元件必需有足夠的機(jī)械支持固定，且請(qǐng)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)_擊破壞的危險(xiǎn)，應(yīng)從釬焊資料和工藝進(jìn)手，比如使焊膏在釬焊時(shí)不易形成焊球，助焊劑殘留物易于肅清，焊膏用量要恰當(dāng)?shù)取?

　　4.2.4 老化

　　　　實(shí)際利用中，電子電路會(huì)蒙受各種各樣的負(fù)載，包含空氣環(huán)境（ 如濕潤(rùn)、污染的氣體和蒸汽），煙霧（ 汽車(chē)尾氣），溫度，機(jī)械負(fù)載等，造成以下成果：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，溫度越高老化越快。基板失效尺度是：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?；迨褂脺囟鹊腪ui高容許值取決于產(chǎn)品的“ 運(yùn)行”時(shí)間。對(duì)電子電路來(lái)說(shuō)，持續(xù)運(yùn)行時(shí)間為105，使用溫度把持在80~100℃。

　　4.2.5 電化學(xué)腐蝕

　　　　在濕潤(rùn)和有偏置電壓的情形下，金屬遷移和腐化很易發(fā)生。所有釬焊金屬都可能發(fā)生遷移，銀是Zui敏感的。空氣污染所致的電化學(xué)腐化危險(xiǎn)性很小，但碰到含硫氣體時(shí)，氣體中的硫會(huì)與焊點(diǎn)上的銀反映，天生Ag3S而下降焊點(diǎn)可靠性。

　　4.2.6 合金層

　　　合金層不僅在釬焊進(jìn)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擬硬而脆，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)決裂，特殊輕易發(fā)生在含金的釬料中；

　　　　(2) 全部薄層合金的變化將導(dǎo)致粘附力的下降或電接觸的老化；

　　　　(3) 釬焊金屬與合金層之間的界面處涌現(xiàn)釬焊金屬的伴生物，如銅2錫合金層之間涌現(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)有到達(dá)屈從強(qiáng)度，也會(huì)慢慢產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象稱(chēng)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)呈現(xiàn)顯明的蠕變。

　　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)當(dāng)采用相干辦法來(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)尺寸和形狀要恰當(dāng)。另外，PCB板裝配應(yīng)保證在板程度方向能自由移動(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)特征：疲勞屈從點(diǎn)和蠕變阻抗，使釬料合金的疲勞壽命到達(dá)Zui大值。

　　　　改良SMT焊點(diǎn)的可靠性，提高其服役壽命是一個(gè)非常龐雜的問(wèn)題，它涉及到材料學(xué)、新工藝、新技巧的開(kāi)發(fā)等眾多范疇。

　　　　5.1 設(shè)計(jì)高可靠性焊點(diǎn)幾何構(gòu)造

　　　　焊點(diǎn)的大小及外形不同，其承載才能就不同，不同的幾何構(gòu)造將使焊點(diǎn)在承載時(shí)內(nèi)部的應(yīng)力散布不同，其應(yīng)變水平也不同。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等人考核了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.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)研討，成果表明：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Zui好。此外，焊點(diǎn)形態(tài)對(duì)剪切破斷地位也有影響：A形焊點(diǎn)，剪切破斷發(fā)生于釬料與陶瓷界面四周，B形和C形焊點(diǎn)，剪切破斷則發(fā)生于釬料與基板界面鄰近。

　　

　　

　　

　　　　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)行了具體的理論剖析和試驗(yàn)研討，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Zui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)生的地位也不同（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Zui邊沿處的某一焊球，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)聯(lián)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)致接協(xié)力懦弱。對(duì)于CBGA，開(kāi)裂部分一般不會(huì)涌現(xiàn)在焊球上。

　　增大焊盤(pán)尺寸可進(jìn)步可靠性，一個(gè)大的焊盤(pán)增添了蒙受負(fù)載的面積，也增大了形成失效縮需的裂紋傳布長(zhǎng)度。彎曲疲勞試驗(yàn)中，Zui可靠的組合是在元件上采用小焊盤(pán)，而在PCB側(cè)采取大焊盤(pán)。熱循環(huán)疲勞試驗(yàn)中，Zui可靠的組合是在元件上采用大焊盤(pán)，而在PCB側(cè)采用小焊盤(pán)。此外，焊盤(pán)直徑對(duì)焊點(diǎn)形狀影響很大，直徑越大，高度越低。由于集成塊尺寸不變，所以焊點(diǎn)輪廓變化趨勢(shì)由燈籠形變?yōu)閳A錐形，且有向里凹的可能。設(shè)計(jì)PBGA焊接工藝的一個(gè)參考原則是：盡量讓焊球兩邊的焊點(diǎn)到達(dá)Zui佳配合。當(dāng)DpD0接近1，為燈籠狀，剪切拉伸時(shí)高低一致，都有可能被撕裂，且試驗(yàn)板有Zui大剪切強(qiáng)度，彎曲疲勞和熱沖擊疲勞壽命也Zui高，見(jiàn)圖6。

　　焊盤(pán)四周阻焊層對(duì)可靠性也會(huì)造成很大影響，一般其啟齒直徑大于焊盤(pán)直徑時(shí)，焊點(diǎn)平滑地與焊盤(pán)焊牢沒(méi)有形成尖角，可靠性就高。

　　

　　

　　

　　　　5.2 研制高可靠性軟釬料

　　　　SMT焊點(diǎn)失效是特定載荷條件下釬料的蠕變.疲勞斷裂問(wèn)題，因此釬料性能對(duì)焊點(diǎn)可靠性有決議性的影響，研制高可靠性釬料對(duì)提高SMT焊點(diǎn)的可靠性、推進(jìn)SMT的普遍利用無(wú)疑具有主要的意義。表5給出了不同成分的軟釬料的焊點(diǎn)循環(huán)壽命與SnPb共晶釬料的相對(duì)照較結(jié)果?？梢钥闯觯篠nAg軟釬料熱循環(huán)壽命很高，但是含Ag 4%本錢(qián)高，且熔點(diǎn)升高（232℃），不易為現(xiàn)行的各種表面組裝工藝所接收，因而運(yùn)用受到了限制。

　　

　　

　　

　　　　微量Ce-La混雜稀土的參加就可以起到細(xì)化晶粒，強(qiáng)化晶界，提高晶內(nèi)抗變形才能的作用，熱疲勞壽命可提高3倍，且改性后工藝性能無(wú)變化。

　　　　5.3 開(kāi)發(fā)熱膨脹系數(shù)（CTE）匹配資料

　　　　基板和芯片載體材料間CTE差別是熱循環(huán)過(guò)程中應(yīng)力產(chǎn)生的重要原因，因而研制新型基板和芯片載體材料，使其熱膨脹系數(shù)相匹配，就可減小應(yīng)力幅值，改良焊點(diǎn)受力狀況，體視顯微鏡，進(jìn)而進(jìn)步焊點(diǎn)的可靠性。但CTE匹配后，仍不能完整打消應(yīng)力差異，由于在功率循環(huán)過(guò)程中，各處的溫度不同，溫度散布的龐雜性，必定導(dǎo)致單純依附CTE 匹配就不能滿(mǎn)足多種要求。


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