焊點(diǎn)的質(zhì)量與可靠性

1、焊點(diǎn)的質(zhì)量與可靠性摘 要：要緊介紹了Sn-Pb合金焊接點(diǎn)發(fā)生失效的各種表 現(xiàn)形式，探討發(fā)生的各種緣故及如保在工藝上進(jìn)行改進(jìn)以改善焊 點(diǎn)的可靠性，提高產(chǎn)品的質(zhì)量。關(guān)鍵詞：焊點(diǎn)；失效；質(zhì)量；可靠性中圖分類號：TN406文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B文章編號：1001-3474(2000)02-0070-04Quality and Reliability of Solder JointLi Min(Electronics Second Research Institute of MinistryIndustry , Yaiyuan030024, China)Abstract: All kinds of failur

2、es in solder joint areintroduced, whose causes are studied. How to improve joints qualityand reliability is also studied.Key words : Solder joint; Failure; Quality;ReliabilityDocument Code: B ArtocleID:1001-3474(2000)02-0070-04電子產(chǎn)品的“輕、薄、短、小”化對元器件的微型化和組 裝密度提出了更高的要求。在如此的要求下，如何保證焊點(diǎn)質(zhì)量 是一個(gè)重要的問題。焊點(diǎn)作為焊接的直接

3、結(jié)果， 它的質(zhì)量與可靠 性決定了電子產(chǎn)品的質(zhì)量。也確實(shí)是講，在生產(chǎn)過程中，組裝的 質(zhì)量最終表現(xiàn)為焊接的質(zhì)量。目前，在電子行業(yè)中，盡管無鉛焊料的研究取得專門大進(jìn) 展，在世界范圍內(nèi)已開始推廣應(yīng)用， 而且環(huán)保問題也受到人們的 廣泛關(guān)注， 然而由于諸多的緣故， 采納Sn-Pb焊料合金的軟釬焊 技術(shù)現(xiàn)在仍然是電子電路的要緊連接技術(shù)。 文中將就Sn-Pb焊料 合金的焊點(diǎn)質(zhì)量和可靠性問題進(jìn)行較全面的介紹。3 / 171焊點(diǎn)的外觀評價(jià)良好的焊點(diǎn)應(yīng)該是在設(shè)備的使用壽命周期內(nèi)，其機(jī)械和電 氣性能都不發(fā)生失效。其外觀表現(xiàn)為：（1）（1）良好的潤濕（2）（2）適當(dāng)?shù)暮噶狭亢秃噶贤耆采w焊盤和引線的焊接部位（或焊端）

4、，元 件高度適中；（3）（3）完整而平滑光亮的表面。原則上，這些準(zhǔn)則適合于SMT中的一切焊接方法焊出的各類焊點(diǎn)。此外焊接點(diǎn)的邊緣應(yīng)當(dāng)較薄，若焊接表面足夠大，焊料與焊盤表面的潤濕角以300以下為好，最大不超過600.2壽命周期內(nèi)焊點(diǎn)的失效形式考慮到失效與時(shí)刻的關(guān)系，失效形式分為三個(gè)不同的時(shí)期，如圖1所示圖1焊點(diǎn)失效曲線（1） （1）早期失效時(shí)期，要緊是質(zhì)量不 行的焊點(diǎn)大量發(fā)生失效，也有部分焊點(diǎn)是由于不當(dāng)?shù)墓に嚥僮髋c 裝卸造成的損壞。能夠通過工藝過程進(jìn)行優(yōu)化來減少早期失效率。（2）（2）穩(wěn)定失效率時(shí)期，該時(shí)期大部分焊點(diǎn)的質(zhì)量良好，失效的發(fā)生率（失效率）專門低，且比較穩(wěn)（3）（3）壽命終結(jié)倫時(shí)期，失

5、效要緊由累積的破環(huán)性因素造成的，包括化學(xué)的、冶金的、熱一機(jī)械特性等因素，比如焊料與被焊金屬之間發(fā)生金屬化合反應(yīng)，或熱一機(jī) 械應(yīng)力造成焊點(diǎn)失效。失效要緊由材料的特性、 焊點(diǎn)的具體結(jié)構(gòu)5 / 17和所受載荷決定3 3焊接工藝引起的焊點(diǎn)失效機(jī)理 焊接工藝中的一些不利因素及隨后進(jìn)行的不適當(dāng)?shù)那逑垂?藝可能會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)失效。3.13.1熱應(yīng)力與熱沖擊 波峰焊過程中快速的冷熱變化，對元件造成臨時(shí)的溫度差， 這使元件承受熱一機(jī)械應(yīng)力。 當(dāng)溫差過大時(shí)， 導(dǎo)致元件的陶瓷與 玻璃部分產(chǎn)生應(yīng)力裂紋。 應(yīng)力裂紋是阻礙焊點(diǎn)長期可靠性的不利 因素。焊料固化后，PCB還必須由1800C降低到室溫。由于PCB和 元件之間的熱膨

6、脹系數(shù)不同，有時(shí)也會(huì)導(dǎo)致陶瓷元件的破裂。PCB的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度一般在1800C和室溫之間（FR-4大約 是1250C）。焊接后，焊接面被強(qiáng)制冷卻，如此PCB的兩面就會(huì)在同一時(shí)刻處于不同的溫度。 結(jié)果當(dāng)焊接面到達(dá)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 或以下時(shí)，另一面還在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上，因此出現(xiàn)PCB翹曲 的現(xiàn)象。PCB翹曲嚴(yán)峻時(shí)會(huì)損壞上面的元件。3.23.2金屬的溶解在厚、薄膜混合電路 （包括片式電容） 組裝中， 常常有蝕金、 蝕銀的現(xiàn)象。 這是因?yàn)楹噶现械腻a與鍍金或鍍銀引腳中的金、 銀 會(huì)形成化合物，導(dǎo)致焊點(diǎn)的可靠性降低。許多情況下，在焊料從焊接溫度冷卻到固態(tài)溫度的期間，有 溶解的金屬析出， 在焊接基體內(nèi)形成了

7、脆性的金屬化合物。 銅生 成針狀的Cu6Sn5,銀生成扁平的Ag3Sn,金生成AuSn4立方體。這 些化合物有一個(gè)共同的特點(diǎn)是，確實(shí)是特不脆，剪切強(qiáng)度極低， 元件極易脫落。假如金、銀含量少，生成的化合物的量可不能專 門多，這些化合物對焊點(diǎn)的機(jī)械性能還可不能造成太大的損害。 然而含量較多時(shí)，焊料會(huì)變得易碎。以金為例，當(dāng)反應(yīng)的時(shí)刻及 溫度足夠時(shí)， 所有的金都將與錫發(fā)生反應(yīng)。 因此焊點(diǎn)中金的含量 不應(yīng)超過3- 4。3.33.3基板和元件的過熱各種材料如塑料一般在焊接溫度下是不穩(wěn)定的，經(jīng)常出現(xiàn)基 板剝離和褪色的現(xiàn)象。 紙基酚醛樹脂板常發(fā)生剝離， 適于紅外再 流焊，而FR-4（環(huán)7 / 17氧玻璃基板）

8、在紅外再流焊中經(jīng)常變色?！氨谆ā边@一詞是專門針對大芯片IC的。IC塑料封裝極 易吸潮，當(dāng)加熱時(shí)刻過長時(shí)，潮氣就會(huì)釋放出來。再流焊時(shí)，潮 氣氣化， 在芯片底部的封裝薄弱界面處積存成一個(gè)氣泡， 封裝受 到氣泡的壓力，就會(huì)發(fā)生開裂。這一現(xiàn)象與芯片的尺寸、芯片下 面的塑料厚度、 塑料封裝與芯片之間的粘合質(zhì)量有關(guān)， 尤其是與 潮濕量有關(guān)。而在波峰焊中，幾乎可不能發(fā)生爆裂。目前的解決 方法是：先烘干IC,然后密封保存并保持干燥?；蛘咴谑褂们?幾個(gè)小時(shí)進(jìn)行1000C以上的預(yù)先烘烤。3.43.4超聲清洗的損害超聲清洗關(guān)于清除PCB上殘留的助焊劑專門有效。缺點(diǎn)是受 超聲功率大小的操縱， 超聲功率太低則不起作用， 而超聲功率太 高則會(huì)破壞PCB及上面元件。超 聲波清洗有可能造成兩種破壞后果：（1） （1）小液滴對表面的碰撞就像噴砂，類似于表面風(fēng)化。（2） （2）在清洗槽內(nèi)，陶瓷基板受到超聲負(fù)載激勵(lì)而呈現(xiàn)共諧狀態(tài)?；迳?， 表面貼裝元件的引腳則以共諧波頻率受到周期性的作用，最終導(dǎo)致在引腳的彎曲處發(fā)生疲勞斷裂。4 4裝卸和移動(dòng)造成的焊點(diǎn)失效電子產(chǎn)品從元器件裝配、電路組裝和焊接直到成品的運(yùn)