表面安装电路目前在航天型号应用中,常选用陶瓷封装形式。陶瓷封装相对塑料封装,具有较高的高可靠性,但近年来,陶瓷封装形式的表面安装电路在进行板级环境试验时,多次发生引出端应力疲劳断裂的现象,成为该类电路需重点控制的失效模式之一。近年因表面安装电路的陶瓷封装引出端应力疲劳断裂引发的失效案例中,CQFP电路约占50%,CLCC电路约占30%,具有较高比例。
一、CQFP电路引出端出线方式
目前CQFP电路引出端出线方式一般有三种:顶部出线、中部出线和底部出线。如图1所示。目前进口电路多选择顶部和中部出线方式,国产电路多为底部出线方式。
下面试举一例进口塑封电路与对应国产陶瓷封装电路对比案例。如图2所示,左图为进口塑封电路引出端设计,采用顶部出线方式,其应力释放弯约为3.15mm;右图为对应国产陶瓷封装电路引出端设计,采用底部出线方式,其应力释放弯约为0.3mm。
图1CQFP电路引出端出线方式示意图
图2左图:进口电路引出端设计,右图:国产电路引出端设计
进口电路由于应力释放弯较大,进行温度环境试验时,承受的应力容易释放,其应力释放途径如图5所示。国产电路应力释放弯较小,基本处于一条水平线,在高低温环境中产生的收缩应力无法充分释放,很容易导致引出端断裂等问题。
CQFP、CLCC电路相对双列直插封装电路等,引脚密度相对较大、应力承受能力相对较差。当电路焊装在PCB板时,如果焊接不良或加固方式选择不当,进行板级温度、力学试验中,引出端承受试验带来的应力能力不足,可能会导致引出端断裂,因此进行满足规范要求和焊接和电路加固十分必要。
二、表面安装电路的封装可靠性
CQFP、CLCC电路在封装可靠性方面,目前只有元器件级考核,缺乏板级安装适应性考核,导致引出端断裂等问题在板级试验中才会暴露。电路在元器件级考核中,虽然进行过多项与封装有关的试验,如热冲击、温循、引线牢固性等,试验强度也达到较高水平,但此时电路引出端本身相对自由,引出端表面没有固定焊点,因此元器件级考核试验并不能完全暴露电路封装问题,甚至即使通过SMT元器件级试验,板级试验仍会产生引出端断裂等问题。
三、引出端应力疲劳断裂现象解决方法
面对CQFP、CLCC电路近年应用中屡次出现的引出端应力疲劳断裂现象,为减少这种失效模式的出现,需要从多方面进行努力。
1、提高CQFP、CLCC电路引出端设计和使用可靠性,理解引出端应力疲劳断裂机理,建立试验应力的有效分布释放机制,完善引出端结构设计,避免导致引出端断裂的不当设计和使用;
2、建立CQFP、CLCC电路板级安装适应性考核方法,对电路外引线
设计合理性等进行针对性考核,提高电路应用的可靠性。