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嘉峪檢測網(wǎng) 2025-09-06 19:12
01焊點失效機(jī)理分類
隨著電子產(chǎn)品組裝密度越來越高,承擔(dān)機(jī)械與電氣連接功能的焊點尺寸越來越小,而任意一個焊點的失效就有可能造成器件甚至系統(tǒng)的整體失效。
因此,焊點的可靠性是電子產(chǎn)品可靠性的關(guān)鍵之一。在實際中,焊點的失效通常由各種復(fù)雜因素相互作用引發(fā),不同的使用環(huán)境有不同的失效機(jī)理,焊點的主要失效機(jī)理包括熱致失效、機(jī)械失效、電化學(xué)失效等。
02焊點熱致失效機(jī)理
熱致失效主要是指由熱循環(huán)和熱沖擊引起的失效,高溫導(dǎo)致的失效同樣包括在內(nèi)。由于表面貼裝元件、PCB 和焊料之間的熱膨脹系數(shù)(CTE:Coefficient of thermal expension)不匹配,如1所示,當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化(如環(huán)境溫度的周期性起伏)或元件本身功率發(fā)熱(電源的周期性通斷)時,由于元器件與基板的熱膨脹系數(shù)CTE不一致,焊點內(nèi)就會產(chǎn)生熱應(yīng)力,應(yīng)力的周期性變化導(dǎo)致焊點的熱疲勞失效。
焊點熱疲勞失效的主要機(jī)理是蠕變,當(dāng)溫度超過熔點溫度(以K為單位)的一半時,焊點蠕變就成為重要的變形機(jī)理。對于錫鉛焊點而言,即使在室溫時已超過熔點溫度的一半,因此在熱循環(huán)過程中蠕變成為主要的熱變形疲勞失效機(jī)理。
圖2所示為因CTE不匹配造成的焊點熱疲勞開裂,上圖為片式元件的焊點疲勞開裂,下圖為翼型引腳焊點的疲勞開裂。

圖1 熱循環(huán)中無引腳焊點和有引腳焊點的變形情況

圖2 焊點熱疲勞開裂現(xiàn)象
相對于熱循環(huán)而言,熱沖擊造成的失效是由較大的溫升速率或冷卻速率給組件帶來的較大附加應(yīng)力而產(chǎn)生。
在熱循環(huán)時,可以認(rèn)為組件各部分的溫度基本一致;而在熱沖擊條件下,由于比熱、質(zhì)量、結(jié)構(gòu)和加熱方式等各種因素的影響,組件各部分溫度不相同,從而產(chǎn)生附加的熱應(yīng)力。
熱沖擊會引發(fā)許多可靠性問題,如過載中的焊點疲勞、涂覆層的裂紋導(dǎo)致腐蝕失效或組件故障。熱沖擊還有可能導(dǎo)致在緩慢的熱循環(huán)過程中沒有出現(xiàn)的失效形式。

來源:王文利頻道