随着现在科学技术的发展,各种高精度现代智能电子设备的应用领域更加广泛,包括各种类型十分恶劣的环境,这其中很多环境都对电子产品的整体质量与可靠性提出了更高的要求。表面贴装技术smt作为第4代封装技术被誉为90年代世界十大新技术之一,以其成本低、集成度高、电子组件重量轻、易于自动化等优点广泛应用于微电子电路,但是smt的缺点是焊点寿命有限,可靠性较差。
如在smt贴片打样加工过程中,元器件(Components)与印刷电路板PCB(Printed Circuit Board)刚性连接形成组件。组件服役时由于热循环、振动和冲击等外界环境因素的影响,焊点内部不可避免地会产生交变的弹性应变、塑性应变乃至蠕变,这些应变的反复累积极易导致焊点的疲劳失效。大量研究实验表明在电子封装过程中焊点连接是非常重要的,许多人认为电子设备的可靠性常归根于焊点的可靠性,也有人认为随着焊点尺寸的越来越小,焊点成为最弱的连接环节,必须进行仔细研究设计以防疲劳失效。
20世纪60年代末期和70年代早期IBM和Bell实验室的大量疲劳分析研究表明电子工业中焊点失效的主要原因是低周热疲劳,温度是造成电子失效的最主要的因素,因此研究温度对封装焊点的影响也尤为重要。接下来,众焱电子小编将进行详细的讲解分析。
一、热应力失效
目前IC封装概念已由器件封装扩展电子封装,即包括从芯片封装至元器件组装到印刷电路板上的全过程,电子封装发展总的原则是,在保证可靠性的前提下提高传输速度、提高功率、提高散热能力、增加输入/输出端口数、减小封装器件尺寸、降低生产成本;按封装和芯片的关系,电子封装可分为一级封装、二级封装、高密度封装及芯片直接贴装等形式。
电子封装器件在服役过程中,电路的周期性通断和环境温度的周期性变化使焊点经受温度循环作用,由于各材料间的热膨胀失配,如芯片载体材料Al2O3陶瓷的热膨胀系数(CTE)约为6.0×10-6/℃,基板材料环氧树脂/玻璃FR4的CTE约为15×10-6/℃,焊点内将产生周期性的应力应变过程,导致焊点中裂纹的萌生和扩展,最终致使焊点失效。
经过许多学者、研究机构的进一步研究,至今普遍认为,焊点在热循环条件下的失效机制是蠕变、疲劳的交互作用,焊点的失效断口既有疲劳断裂特征的疲劳辉纹,又具有蠕变断裂特征的沿晶裂纹。对比了PBGA在两种温度循环条件下失效机制后发现,不同的温度循环条件下的失效机制也不同。最后认为在慢速升降温的条件下,系统有足够的时间达到均一的温度,失效表现为整体失效,而在快速升降温的条件下则表现为局部失配,大量研究也发现,同样是加速试验,-40℃~125℃比0~100℃加速快了3.5倍,并且发现了温度循环对焊点微结构的影响,由于BGA焊点和PCB之间的材料热膨胀系数较难匹配,这使得低周热疲劳成为焊点失效的最主要的原因。也由于此,以往国内外大部分学者对焊点失效研究都集中在热循环可靠性和热冲击试验及理论分析上。未完待续…
小编将会在《温度循环对smt焊点的影响分析试验》中详细讲解基于本文内容进行的试验分析。
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