电子胶水网：ｈ￣ｐ：／／ｗｗｗ．ｒ４ｅ．ｃｎ ■作者：张绍波深圳同维电子有限公司 Ｓ Ｍ Ｔ焊点可靠性 【摘要】 本文针对典型ＳＭＴ焊点在无铅条件下焊点的可靠性问题，焊点的可靠性问题主要是焊点在热循环过程中由于芯 片载体与基板材料之间的热膨胀失配（ＣＥＴ）而导致焊点的疲劳失效。 【关键词】无铅；可靠性；焊点；失效 ～ ～砌一 ～ 一器件外型尺寸在不断缩小，导致 焊点设计不仅仅着眼于ＰＣＢ与器件之 热和电气界面的可靠性，表面贴装 电 菱 莞篝 曩 试验 １、焊点的可靠性设计和寿命 扩展的力学因素。（ＳＭＴ）焊点比较特殊，ＳＭＴ焊点不仅提 供电气互连，而且也是电子元器件与 印制电路板（ＰＣＢ）的机械连接，电子 理想的焊点要求在电气和机械上 形成可靠连接，要达到这个目的，必 须要保证在设计过程中进行 连可靠 性设计，焊点可靠性依赖于包括焊点 外观几何形态在内的诸多因素，如焊 点的内部质量、材料的匹配性、焊接 间的连接，更扩展到了器件内部， ＩＰＣ一９７０１是关于表贴焊点连接的测试 方法和认证要求，给出了５种测试条 ／Ｌ～ ．暑～ ～℃～一 ℃ １—１—１ 元器件在工作过程中产生的热量也是 通过焊点传递到印制电路板进行散 热，所以ＳＭＴ焊点还起到传热的作 用，因此表面贴装的焊点需要考虑特 殊的可靠性问题。 件，从比较温和的ＴＣ１条件的Ｏ－－１００ ∞∞ 度测试到最严酷的ＴＣ４，各测试条件 的停留时问（Ｄｗｅｌｌ Ｔｉｍｅ）为１０分钟， 见下表１： 材料的力学性能、焊点的热机械加载 条件等，其中焊点的几何形态是影响 ＳＭＴ焊点可靠性的重要因素。 焊点的热疲劳失效与多种因素有 １．１焊点失效 电子产品的失效产生于不良的设 计、元件问题及生产过程中，电子产 品在组装中主要以通孔插装 卜ｒｒ）和 基板与表贴元器件之间焊点的失 关，已有研究结果表明焊接工艺、材 料和焊点几何形态均影响焊点寿命， 其本质上焊点的失效都表现为裂纹的 萌生、扩展直至最终断裂，而焊点内 的应力应变是诱发焊点内裂纹萌生与 效定义为：器件焊点中的第一个焊点 存在完全断裂；表贴焊点的疲劳特性 在大量的研究中都有实验性地探讨， 聊一 ～一一ｅ ７ ８ 表面贴装（ＳＭＴ）的混合为主要装联形 式，在组装件的三要素中，元件、电 路板（ＰＣＢ）、互连焊点的可靠性关联 着电子产品的使用寿命，焊点是电子 ～ｓ ｄ 一 薹ｒＣｎ 一Ⅵ ～－ 在对经历严酷机械振动或冲击载荷的 产品进行失效定义时，可能需要考虑 电路中电气信号畅通、机械连接的保 障，它的可靠性直接关系到整个电子 产品的可靠性，焊点失效可能导致整 个电子产品失效。 焊点失效一方面产生于生产焊接 过程中的焊接故障，如焊料不足、空 洞、针孔、冷焊、助焊剂残留等；另 一方面为在使用过程中，由于不可避 免的冲击、振动等造成的焊点机械损 伤；再有就是元件服役过程中通断电 或环境温度变化时，焊点形成热循 环，元件与基板材料的ＣＴＥ匹配失 效，引起裂纹、扩展直至最终断裂造 成焊点失效。 钜凯系列产品 各种规格和温度系列的无铅锡膏无卤助焊剂水基清洗剂环保型清洗剂 ２０１０．￣１／２Ｂ第佣 Ｉ Ｅ ＳＭＴ贴片胶邦定胶底部填充胶抗氧化还原粉等电子化工产品。 Ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｍｔｅ．ｎｅｔ 电子胶水网：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｒ４ｅ．ｃｎ 累计疲劳损伤作用下焊点的机械弱化 效应。 裂导致不良，在验证过程中发现卡片 偶显示温度达到９４℃，焊点在此温度 在放入治具后取出，第二次将卡片再 下晶粒组织长大、ＩＭＣ增厚；运行时 放置治具后测试，测试结果卡片连线 的温度变化会使焊点发生循环疲劳， 失败，取第２Ｒ样品先通电拼包正 最终此ＱＦＮ焊点开裂失效。经过大量 常、网页正常，放入测试治具测试， 的分析，确认为设计人员在设计时将 １＿２失效与疲劳机理 电子组件的可靠性取决于组件的 各组成部分的可靠性、组件上个体之 间的机械、热、电气的结合部位的可 测试通过，取卡后再放入卡片测试不 中间散热焊盘缩小，节约空间用于布 靠性，表贴焊料连接尤为重要，它不 仅提供电气连接，也是电子元器件与 印制电路板唯一的机械连接，同时还 承担关键的散热功能。 对于一个孤立的焊点，没有可靠 通，用手压住ＱＦＰ本体，卡片工作正 线达到整体布局的安排。通过增加 常，将此不良样板ＱＦＰ取下，此位置 ＱＦＮ的接地散热焊盘面积并加装散热 的焊盘上加锡，再进行焊接，测试结 器，使用２年未出现焊点开裂现象， 果通过，连续取放卡２０次测试，测试 通过本案例使得我们发现我们的筛选 结果通过，通过加大钢网开孔可改善 条件并不能有效的将早期失效焊点有 此问题。 ２＿２＿２焊点热失效 结构设计中对单板影响最大的因 素为热设计，主要表现在两个方面： 不同的散热方式所带来的单板防护问 效筛选出，在进行筛选时，建议测试 条件参考ＩＰＣ一９７０１ Ｔｃ１标准。 与不可靠之分，只有当它结合电子元 器件和印制电路板时才有意义，元器 件、基板、焊点的特性与使用环境、 设计寿命及可接受的失效概率共同决 定。 结论 本课题是工艺的理论研究，由于 题及单板上高热区域的热量是否能够 设备欠缺、更因为本人ＳＭＴ方面知识 ２、焊点的工艺设计 ２．１工艺失效原因 散失。 的浅薄不全面，出现谬误在所难免。 焊点的温度是第二个重要的热参 望各位批评指正，不胜感激。 数，应降低温度和减少焊点温度的变 化，在高温下长时间运行会导致焊锡 通常工艺失效原因可以归纳为六 类：设计、工艺、物料、设备、操 作、环境。 ２．２工艺失效机理 内的晶粒组织长大、ＩＭＣ增长；运行 时的温度变化会使焊点发生循环疲 劳。 工艺失效机理是对失效工程的微 观分析，从物理、化学的微观结构上 【参考文献】 电子产品内部温度变化是由产品 ［１］ＩＰＣ－９７０ １ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ｑｕａｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔ Ｓｏｌｄｅｒ Ａｔｔａｃｈｍｅｎｔｓ，Ｍａｙ ２００１ 自身的功率消耗情况决定的，同一个 系统内部不同的元器件承受的温度循 环区别很大，为了评估焊点的可靠 性，设计者必须进行器件级的热分 析。 推断失效模式产生的内在原因，最终 总结为设计、制造与应用的规范，从 根本上解决和预防失效的再次发生， 由于应力的相互作用性，同一失效现 象可以由不同的失效机理，反之也是 成立的。 ２－２．１弱连接失效 典型案例：公司ＱＦＮ热设计不 良，造成在使用过程中出现热疲劳失 效；产品通过正常加工、测试、组 ［２】王谦，汪刚强，黄乐．电子封装 中的焊点及其可靠性． ［３］黄正．表面安装焊接的可靠性设 计．１９９９第４期 弱连接失效是指由于设计、来料 或者制造过程的原因，导致产品强度 低于或者接近产品环境应力，很容易 造成产品早期失效。 装，并从中抽取一定数量的产品进行 温度循环测试，测试条件为： ｌ０～ ６５。Ｃ、停留１０分钟，６４－，时、高温测 试６５℃、６小时，合格后按照正常流 ［４］丁颖，王春青．ＰＣＢ焊 ＆．－－ｊ－靠性 问题的理论和实验研究进展 典型案例：公司某产品在测试时 程出货至使用者，使用者正常使用一一 ［５］孙青，王锡吉，刘发．电子元器 件可靠性工程．电子工业出版 社，２００２．１０ 发现ＱＦＰ－２０８Ｐｉｎ￣ｌ脚跟吃锡偏小未满 足ＩＰＣ—Ａ－６１０Ｄ关于最小跟部焊点高度 等于焊料厚度Ｄｕ５ｏ％￣ｆ脚厚度的要求， 年左右后，出现批量性性能故障，经 过分析确认为该ＱＦＮ位置焊点开裂， 将Ｋ型热电偶固定在该元器件表面， ［６】ＩＰＣ—Ａ一６１０Ｄ Ａｃｃｅｐｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ Ｐ艮 习 ＩＳＯ ９００１：２０００ 在外界受到轻微压力后，ＱＦＰ引脚锡 在室温环境下进行工作３０分钟，热电 深期Ｉ市钷凯电子材 雹Ｉ■●一 ｌ 胁…… … 黛 照燕嚣 ２…№ｎ ０１０￣－１／２，ＥＪ第１… ’期 ’ Ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｍｔｅ．ｎｅｔ ，ｌｌｌｌ＃ｄ￣ｌ Ｎ： ０７５５－ ２７７１８５ ７８ ／０７５黧２－３７６眍７７０８