焊點形成過程與影響因素

導(dǎo)致組件失效的原因大致可以分成兩大類：一是組件上的元器件失效；二是組件的互連焊點包括PCB內(nèi)部的互連失效。元器件的失效通?？梢酝ㄟ^篩選和設(shè)計的改進得到一定的控制，另外由于組裝工藝過程導(dǎo)致的元器件失效(熱損傷除外)并不是主流，使得焊點或者互連的失效成為組裝工藝后組件的最主要的失效模式，而且元器件的門類繁多和失效分析涉及面太寬，因此此次將主要討論板級互連以及焊點的失效分析技術(shù)，元器件的失效分析技術(shù)則請參考有關(guān)的專著。

而互連與焊點的失效分析技術(shù)是獲取失效機理與原因的基本技術(shù)手段，也只有充分熟悉并運用這些技術(shù)，才能及時獲得產(chǎn)品改進的依據(jù)。因此，對于電子組裝工程師或是從事組件質(zhì)量保證技術(shù)的工程師而言，掌握互連與焊點的失效分析技術(shù)則成為工藝成功實施非常重要的一環(huán)。

焊點形成過程與影響因素

要做好失效分析，必須首先搞清楚互連焊點的形成過程與機理，同時還必須將焊點的失效模式或者故障模式與影響因素聯(lián)系起來。由于本書前面的章節(jié)已經(jīng)對焊點形成的過程與機理也就是焊接機理進行了介紹，這里就不再重復(fù)。

簡單說來，焊點的生成包括焊料的潤濕過程、焊料與被焊面之間的選擇性擴散以及金屬間化合物生成的合金化過程。其中最為關(guān)鍵的就是焊料對母材(被焊面)的潤濕過程，也就是焊料原子在熱以及助焊劑的幫助下達到與母材原子相互作用的距離的過程，為接下來的一步焊料中的原子與母材中的原子相互擴散做好準備。潤濕的好壞決定了焊點的根本質(zhì)量，潤濕是否能夠形成成為焊接最關(guān)鍵的第一步，如果沒有潤濕的發(fā)生就不會有后續(xù)的金屬間的擴散過程，更不會有合金化。而潤濕能否發(fā)生以及潤濕的程度如何，其影響因素很多，比如PCB的焊盤可焊性、元器件引線腳的可焊性、焊料本身的組成、助焊劑的活性、焊料熔融的溫度等。焊盤與引線腳的可焊性好，焊料就容易潤濕；焊料中的合金比例與雜質(zhì)含量決定了焊料的表面張力與熔點，表面張力小且熔點低的話，潤濕就容易發(fā)生；助焊劑的活性高，它對潤濕的促進就大；焊料的熔融溫度高表面張力就小，也就有利于焊料的鋪展與浸潤，以上各項反之亦然。至于擴散過程則僅僅受到溫度與焊接時間的影響，溫度高擴散就快，金屬化后形成的金屬間化合物就比較厚，時間長也可以得到同樣的結(jié)果，但是金屬間化合物的結(jié)構(gòu)可能有所不同。同樣，第三步合金化也與時間和溫度有關(guān)，不同的時間與溫度使界面形成的金屬間化合物的種類都不同，如果界面生成過多的Cu3Sn將使焊點強度降低，Cu6Sn5太厚將使焊點脆性增加，研究表明金屬間化合物的厚度均勻且在1 ~ 3μm最為理想。

此外，焊接過后的冷卻速度的影響也非常重要，冷卻速度快金屬間化合物可能較薄且可能得到結(jié)晶細膩的光亮的焊點表面，但是可能導(dǎo)致過度的應(yīng)力集中；而冷卻速度過慢則可能得到灰暗且熱撕裂的焊點表面。因此合適的工藝條件是保證焊點可靠性至關(guān)重要的一環(huán)。

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