微連接課件第5章試驗(yàn)方法

1、1微微電子封裝與組裝焊點(diǎn)的電子封裝與組裝焊點(diǎn)的可靠性與測(cè)試可靠性與測(cè)試材料成型與控制系材料成型與控制系2第五章第五章 可靠性試驗(yàn)方法和標(biāo)準(zhǔn)可靠性試驗(yàn)方法和標(biāo)準(zhǔn)3可靠性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)可靠性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)( (確保試驗(yàn)的可比性）確保試驗(yàn)的可比性）日本：日本： 1)1) 日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JISJIS2)2) 日本電子機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)日本電子機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)EIAJEIAJ、IECIEC標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)3)3) 日電公司標(biāo)準(zhǔn)、宇宙開發(fā)事業(yè)團(tuán)標(biāo)準(zhǔn)、汽車工業(yè)會(huì)標(biāo)日電公司標(biāo)準(zhǔn)、宇宙開發(fā)事業(yè)團(tuán)標(biāo)準(zhǔn)、汽車工業(yè)會(huì)標(biāo) 準(zhǔn)等（部門及企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）準(zhǔn)等（部門及企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）JISJIS Z Z 3198 3198 無鉛釬料及其接合部性能測(cè)

2、試的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)無鉛釬料及其接合部性能測(cè)試的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JIS C 5020 JIS C 5020 電子設(shè)備用元件的耐侯性及機(jī)械強(qiáng)度試驗(yàn)方法通則電子設(shè)備用元件的耐侯性及機(jī)械強(qiáng)度試驗(yàn)方法通則EIAJ SDEIAJ SD121121：分立半導(dǎo)體器件的環(huán)境及壽命試驗(yàn)方法：分立半導(dǎo)體器件的環(huán)境及壽命試驗(yàn)方法EIAJ ICEIAJ IC121121：集成電路可靠性試驗(yàn)方法：集成電路可靠性試驗(yàn)方法IEC PUBIEC PUB6868：環(huán)境試驗(yàn)方法：環(huán)境試驗(yàn)方法4歐洲標(biāo)準(zhǔn)歐洲標(biāo)準(zhǔn)CENELECCENELEC英國(guó)：英國(guó)：英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)BSBSBS9300:BS9300:半導(dǎo)體器件試驗(yàn)方法半導(dǎo)體器件試驗(yàn)方法BS94

3、00BS9400：集成電路試驗(yàn)方法：集成電路試驗(yàn)方法美國(guó)：美國(guó)：美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)MILMILMIL-STD-750B : MIL-STD-750B : 半導(dǎo)體器件試驗(yàn)方法半導(dǎo)體器件試驗(yàn)方法MIL-STD-883A : MIL-STD-883A : 微電子電路試驗(yàn)方法微電子電路試驗(yàn)方法德國(guó)：德國(guó)：歐洲：歐洲：德國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)德國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DINDIN5電子元器件的可靠性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)電子元器件的可靠性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中華人民共和國(guó)軍用中華人民共和國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)GJBGJB 國(guó)防科學(xué)技術(shù)委員會(huì)頒布；國(guó)防科學(xué)技術(shù)委員會(huì)頒布；宇航用電子元器件有效儲(chǔ)存期及超期復(fù)驗(yàn)指南宇航用電子元器件有效儲(chǔ)存期及超期復(fù)驗(yàn)指南中華人中

4、華人民共和國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)民共和國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)GJBZ/123-99GJBZ/123-99總裝備部軍標(biāo)發(fā)行；總裝備部軍標(biāo)發(fā)行；中華人民共和國(guó)電子行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中華人民共和國(guó)電子行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SJ/T10694-1996SJ/T10694-1996電子工電子工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)中國(guó)：中國(guó)：6EIAJ SDEIAJ SD121121：器件的環(huán)境及壽命試驗(yàn)方法概要：器件的環(huán)境及壽命試驗(yàn)方法概要 1 1） 耐焊性試驗(yàn)：考察焊接過程中器件耐熱性耐焊性試驗(yàn)：考察焊接過程中器件耐熱性2 2） 可焊性試驗(yàn)：可焊性試驗(yàn)： 3 3） 熱沖擊試驗(yàn)：考察元件抗溫度驟變的能力熱沖擊試驗(yàn)：考察元件抗溫度驟變的能力 a a）：）：0 0和和100

5、100水各浸泡水各浸泡1515秒，轉(zhuǎn)換時(shí)間秒，轉(zhuǎn)換時(shí)間3 3秒；秒； b b）：）：0 0和和100100水各浸泡水各浸泡5 5分鐘，轉(zhuǎn)換時(shí)間分鐘，轉(zhuǎn)換時(shí)間1010秒秒 元件各部分溫差產(chǎn)生的應(yīng)變和均勻物質(zhì)的溫差熱應(yīng)變，元件各部分溫差產(chǎn)生的應(yīng)變和均勻物質(zhì)的溫差熱應(yīng)變， 檢查斷路、芯片裂紋等，考察電特性。檢查斷路、芯片裂紋等，考察電特性。4 4）溫度循環(huán)試驗(yàn)：考察元件抗高低溫變化的能力）溫度循環(huán)試驗(yàn)：考察元件抗高低溫變化的能力 a a）：空氣循環(huán)高低溫箱各）：空氣循環(huán)高低溫箱各3030分鐘，中間轉(zhuǎn)換分鐘，中間轉(zhuǎn)換1010分鐘，分鐘， 溫度標(biāo)準(zhǔn)：溫度標(biāo)準(zhǔn)：50-12550-125；0-1250-12

6、5 熱膨脹系數(shù)不同物質(zhì)間產(chǎn)生的應(yīng)變，檢查斷路、短路，熱膨脹系數(shù)不同物質(zhì)間產(chǎn)生的應(yīng)變，檢查斷路、短路， 考察電特性考察電特性75 5） 溫濕度循環(huán)試驗(yàn)：溫濕度循環(huán)試驗(yàn)： （65652 2）、90909898RHRH加熱加熱8 8小時(shí)小時(shí)（25252 2） 、 90909898RHRH下下1 1到到4 4小時(shí)，反復(fù)小時(shí)，反復(fù)2020次；次； 檢驗(yàn)器件在高溫、高濕條件下的劣化程度和穩(wěn)定性檢驗(yàn)器件在高溫、高濕條件下的劣化程度和穩(wěn)定性6 6）密封試驗(yàn)（封裝外殼氣密性）密封試驗(yàn)（封裝外殼氣密性）7 7）沖擊試驗(yàn)（器件經(jīng)受運(yùn)輸和實(shí)際使用時(shí)的劇烈沖擊，半）沖擊試驗(yàn)（器件經(jīng)受運(yùn)輸和實(shí)際使用時(shí)的劇烈沖擊，半 正弦

7、波加速度的沖擊試驗(yàn)臺(tái)，器件固定到托架上，一正弦波加速度的沖擊試驗(yàn)臺(tái)，器件固定到托架上，一 定高度下以規(guī)定的加速度落下，器件每一方向沖擊定高度下以規(guī)定的加速度落下，器件每一方向沖擊3 3次）次）8 8）恒定加速度試驗(yàn)（檢驗(yàn)器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度，采用）恒定加速度試驗(yàn)（檢驗(yàn)器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度，采用 離心加速度設(shè)備，用卡具緊固管殼，以防變形和損壞，離心加速度設(shè)備，用卡具緊固管殼，以防變形和損壞， 測(cè)量電特性）測(cè)量電特性）89 9）自然跌落試驗(yàn)）自然跌落試驗(yàn) 檢驗(yàn)器件能否經(jīng)受正常使用時(shí)的不規(guī)則沖擊；自檢驗(yàn)器件能否經(jīng)受正常使用時(shí)的不規(guī)則沖擊；自7575厘米厘米 高度將器件自由跌落到高度將器件自由跌落

8、到151515153 3厘米平滑楓木板上，根據(jù)厘米平滑楓木板上，根據(jù) 器件結(jié)構(gòu)注意跌落方向。器件結(jié)構(gòu)注意跌落方向。1010）振動(dòng)試驗(yàn)）振動(dòng)試驗(yàn): :器件固定到振動(dòng)設(shè)備上，分別在器件固定到振動(dòng)設(shè)備上，分別在X X，Y Y，Z Z三個(gè)方三個(gè)方 向上振動(dòng)，向上振動(dòng)，1 1）低頻）低頻60Hz60Hz、9696小時(shí)；小時(shí)；2 2）100-2000Hz100-2000Hz，4848分鐘分鐘1111）引線強(qiáng)度試驗(yàn)（檢驗(yàn)連接引線承受的強(qiáng)度）引線強(qiáng)度試驗(yàn)（檢驗(yàn)連接引線承受的強(qiáng)度） a a）拉伸試驗(yàn)：引出方向上加載）拉伸試驗(yàn)：引出方向上加載5 5秒，根據(jù)截面積不同秒，根據(jù)截面積不同 確定負(fù)載大小確定負(fù)載大小 b

9、 b）彎曲試驗(yàn)：將負(fù)載吊在引線前端上，在）彎曲試驗(yàn)：將負(fù)載吊在引線前端上，在5 5秒內(nèi)使引秒內(nèi)使引 線彎成線彎成9090度，然后復(fù)原，檢查引線和器度，然后復(fù)原，檢查引線和器 件整體的相對(duì)開裂、損傷和松動(dòng)。件整體的相對(duì)開裂、損傷和松動(dòng)。91212）鹽霧試驗(yàn)）鹽霧試驗(yàn) 檢驗(yàn)器件表面抗腐蝕性和均勻性；檢驗(yàn)器件表面抗腐蝕性和均勻性； NaClNaCl （5 51 1）、）、 鹽水噴嘴噴霧量鹽水噴嘴噴霧量0.5-3ml/h0.5-3ml/h，（，（35352 2） 、（、（24242 2） 小時(shí)；檢查劃痕、表面明顯剝落、凹坑和腐蝕的影響。小時(shí)；檢查劃痕、表面明顯剝落、凹坑和腐蝕的影響。1313）高溫儲(chǔ)存

10、壽命試驗(yàn)）高溫儲(chǔ)存壽命試驗(yàn) 檢驗(yàn)器件的長(zhǎng)期耐高溫性能，通常采用檢驗(yàn)器件的長(zhǎng)期耐高溫性能，通常采用T Tstgmaxstgmax、10001000小時(shí)小時(shí), , 常溫放置常溫放置2 2小時(shí)，測(cè)電參數(shù)小時(shí)，測(cè)電參數(shù)10加速壽命試驗(yàn)方法加速壽命試驗(yàn)方法1 1）壽命試驗(yàn)與加速壽命試驗(yàn)：）壽命試驗(yàn)與加速壽命試驗(yàn)：壽命試驗(yàn)：儲(chǔ)存或工作條件下確定壽命的統(tǒng)計(jì)平均的試驗(yàn)壽命試驗(yàn)：儲(chǔ)存或工作條件下確定壽命的統(tǒng)計(jì)平均的試驗(yàn)加速壽命試驗(yàn)（觀察失效和預(yù)計(jì)實(shí)際工作狀態(tài)下的失效率）：加速壽命試驗(yàn)（觀察失效和預(yù)計(jì)實(shí)際工作狀態(tài)下的失效率）：在可靠性術(shù)語中，加速壽命試驗(yàn)定義為在可靠性術(shù)語中，加速壽命試驗(yàn)定義為“為縮短試驗(yàn)時(shí)間，為

11、縮短試驗(yàn)時(shí)間，用比標(biāo)準(zhǔn)條件更為嚴(yán)格的條件進(jìn)行的試驗(yàn)；但做加速壽命試用比標(biāo)準(zhǔn)條件更為嚴(yán)格的條件進(jìn)行的試驗(yàn)；但做加速壽命試驗(yàn)時(shí)，為了能有效地進(jìn)行可靠性評(píng)價(jià)，要求驗(yàn)時(shí)，為了能有效地進(jìn)行可靠性評(píng)價(jià)，要求失效模式和失效失效模式和失效機(jī)理不會(huì)因加速而發(fā)生變化。機(jī)理不會(huì)因加速而發(fā)生變化。加速因子的確定：加速因子的確定： 試驗(yàn)前，應(yīng)先假設(shè)出與被試驗(yàn)器件的制造工藝相應(yīng)的失效機(jī)試驗(yàn)前，應(yīng)先假設(shè)出與被試驗(yàn)器件的制造工藝相應(yīng)的失效機(jī)理，再?zèng)Q定加速因子和條件，即通過失效分析找出失效原因理，再?zèng)Q定加速因子和條件，即通過失效分析找出失效原因112 2）加速壽命試驗(yàn)的基本理論：）加速壽命試驗(yàn)的基本理論： a) a) 阿列尼烏

12、斯模型：最適合以熱力學(xué)溫度加速因子的試驗(yàn)阿列尼烏斯模型：最適合以熱力學(xué)溫度加速因子的試驗(yàn) lnLlnL=A+E/(RT)=A+E/(RT)L L壽命壽命A A常數(shù)常數(shù)E E激活能激活能(Kcal/mol)(Kcal/mol)T T熱力學(xué)溫度（熱力學(xué)溫度（K K）R R氣體常數(shù)氣體常數(shù)（1.9861.98610103 3 Kcal/mol.deg) Kcal/mol.deg)應(yīng)用：試驗(yàn)應(yīng)用：試驗(yàn)T1T1、T2T2對(duì)應(yīng)壽命對(duì)應(yīng)壽命L1L1、L2L2反應(yīng)的激活能反應(yīng)的激活能高溫下的反應(yīng)加速性的大致量值高溫下的反應(yīng)加速性的大致量值12b) b) 愛倫模型：最適合以應(yīng)力為加速因子的試驗(yàn)愛倫模型：最適合以

13、應(yīng)力為加速因子的試驗(yàn) lnL=AlnL=AlnSlnSL L壽命壽命A A、 常數(shù)常數(shù)S S應(yīng)力應(yīng)力應(yīng)用：試驗(yàn)材料疲勞時(shí)，應(yīng)用：試驗(yàn)材料疲勞時(shí)，S1S1、S2S2為交變應(yīng)力，對(duì)應(yīng)循環(huán)次數(shù)為交變應(yīng)力，對(duì)應(yīng)循環(huán)次數(shù) （壽命）為（壽命）為N1N1、N2N2，則，則 lnln（N1/N2N1/N2）=ln=ln（S2/S1S2/S1） 求出表示反應(yīng)加速性的大致量值求出表示反應(yīng)加速性的大致量值，可求任意應(yīng)力下的壽命，可求任意應(yīng)力下的壽命 13失效失效位置位置失效現(xiàn)象失效現(xiàn)象有關(guān)因子有關(guān)因子加速因子加速因子加速性加速性（E E激活能）激活能）金屬金屬化化電遷移電遷移腐蝕、化學(xué)腐蝕、化學(xué)腐蝕腐蝕接點(diǎn)斷線接點(diǎn)

14、斷線溫度、電流密度、溫度、電流密度、晶粒大小晶粒大小濕度、電流梯度、濕度、電流梯度、沾污沾污溫度、金屬、雜質(zhì)溫度、金屬、雜質(zhì)T T、J JH H、V V、T TE E0.50.51.2eV1.2eV焊接焊接及其及其機(jī)械機(jī)械問題問題合金層生長(zhǎng)合金層生長(zhǎng)疲勞疲勞溫度、雜質(zhì)溫度、雜質(zhì)焊接強(qiáng)度焊接強(qiáng)度溫度循環(huán)溫度循環(huán)焊接強(qiáng)度焊接強(qiáng)度T TT TAlAl、AuAu：E E1.01.01.05eV1.05eV14加速壽命試驗(yàn)的應(yīng)用加速壽命試驗(yàn)的應(yīng)用1 1）AuAuAlAl合金生長(zhǎng)與溫度的關(guān)系合金生長(zhǎng)與溫度的關(guān)系加速試驗(yàn)示例加速試驗(yàn)示例AuAuAlAl合金生長(zhǎng)與溫度合金生長(zhǎng)與溫度的關(guān)系的關(guān)系目的目的減緩減緩

15、AuAuAlAl鍵合造成的退鍵合造成的退化失效化失效AuAuAlAl鍵合在高溫下生鍵合在高溫下生長(zhǎng)顯著。主要合金為：長(zhǎng)顯著。主要合金為：紫色相紫色相AuAl2AuAl2、白色相、白色相AuAlAuAl、黃褐色相、黃褐色相Au2AlAu2Al及及Au5Al2Au5Al2、Au4AlAu4Al相，并進(jìn)相，并進(jìn)一步求出各合金層的生一步求出各合金層的生長(zhǎng)速度；長(zhǎng)速度；證明合金層生長(zhǎng)厚度值證明合金層生長(zhǎng)厚度值符合阿列尼烏斯方程。符合阿列尼烏斯方程。加速因子加速因子溫度溫度失效判據(jù)失效判據(jù)合金層厚度合金層厚度失效機(jī)理失效機(jī)理AuAuAlAl合金生長(zhǎng)造成退化合金生長(zhǎng)造成退化152 2） AlAl遷移與電流密

16、度的關(guān)系遷移與電流密度的關(guān)系加速試驗(yàn)示例加速試驗(yàn)示例AlAl遷移與電流密度的關(guān)系遷移與電流密度的關(guān)系目的目的求出求出AlAl布線的過流燒壞壽命布線的過流燒壞壽命的界限的界限集成電路布線多用鋁薄膜，集成電路布線多用鋁薄膜，試驗(yàn)得出流過布線的電流試驗(yàn)得出流過布線的電流密度與環(huán)境溫度與壽命等密度與環(huán)境溫度與壽命等關(guān)系的一系列試驗(yàn)曲線關(guān)系的一系列試驗(yàn)曲線加速因子加速因子溫度、電流密度溫度、電流密度失效判據(jù)失效判據(jù)斷路斷路失效機(jī)理失效機(jī)理電子遷移電子遷移)exp(kTQAJMTTFn163 3）塑封器件的熱疲勞性能）塑封器件的熱疲勞性能加速試驗(yàn)示例加速試驗(yàn)示例疲勞失效與熱應(yīng)力的關(guān)疲勞失效與熱應(yīng)力的關(guān)系系

17、目的目的評(píng)估塑封器件承受溫度循評(píng)估塑封器件承受溫度循環(huán)的能力環(huán)的能力由于溫差變化，在熱膨由于溫差變化，在熱膨脹系數(shù)相差較大的材料脹系數(shù)相差較大的材料之間通常產(chǎn)生應(yīng)力，器之間通常產(chǎn)生應(yīng)力，器件的應(yīng)力集中部位往往件的應(yīng)力集中部位往往造成斷線、開裂等造成斷線、開裂等近似于愛倫模型近似于愛倫模型加速因子加速因子 熱應(yīng)力（溫度差）熱應(yīng)力（溫度差）失效判據(jù)失效判據(jù) 斷路、半斷路斷路、半斷路失效機(jī)理失效機(jī)理 材料之間，特別是塑料和材料之間，特別是塑料和金屬的熱膨脹系數(shù)差引起金屬的熱膨脹系數(shù)差引起的循環(huán)應(yīng)力使連接斷裂的循環(huán)應(yīng)力使連接斷裂/()mfNClglgfBNA 1718191. 1. 釬焊的可焊性評(píng)價(jià)釬

18、焊的可焊性評(píng)價(jià) 1) 1) 可焊性定義可焊性定義 可焊性定義可焊性定義1 1： 工件表面易于被熔融釬料潤(rùn)濕的特性工件表面易于被熔融釬料潤(rùn)濕的特性。含義：一是兩個(gè)。含義：一是兩個(gè) 工件表面之間形成工件表面之間形成接合的能力接合的能力，即，即“焊接質(zhì)量焊接質(zhì)量”；一是；一是 形成這種形成這種接合所需要的時(shí)間接合所需要的時(shí)間，即，即“焊接時(shí)間焊接時(shí)間”?？珊感猿３Ｓ迷谝?guī)定的條件下，達(dá)到規(guī)定的潤(rùn)濕程度所可焊性常常用在規(guī)定的條件下，達(dá)到規(guī)定的潤(rùn)濕程度所需要的時(shí)間需要的時(shí)間( (潤(rùn)濕平衡試驗(yàn)）或在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)所能達(dá)潤(rùn)濕平衡試驗(yàn)）或在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)所能達(dá)到的潤(rùn)濕程度（鋪展試驗(yàn)）來表示。到的潤(rùn)濕程度（鋪展試驗(yàn)）

19、來表示。20 可焊性定義可焊性定義2 2： 包括包括浸潤(rùn)性浸潤(rùn)性在內(nèi)的焊接部位的在內(nèi)的焊接部位的機(jī)械和電性能機(jī)械和電性能的可靠性：的可靠性：a a）作用在焊料）作用在焊料母材母材助焊劑三者之間的界面張力產(chǎn)生助焊劑三者之間的界面張力產(chǎn)生 “ “浸潤(rùn)浸潤(rùn)”來評(píng)價(jià)焊料與母材的焊接過程及其程度；來評(píng)價(jià)焊料與母材的焊接過程及其程度；b b）通過凝固后的剝離強(qiáng)度試驗(yàn)來檢驗(yàn)焊接部位的強(qiáng)度及）通過凝固后的剝離強(qiáng)度試驗(yàn)來檢驗(yàn)焊接部位的強(qiáng)度及 其導(dǎo)電性。其導(dǎo)電性。 212) 2) 典型的可焊性試驗(yàn)方法及試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)典型的可焊性試驗(yàn)方法及試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn) 223) 3) 浸漬試驗(yàn)浸漬試驗(yàn)( (引線評(píng)價(jià)方法）引線評(píng)價(jià)方法） 操作

20、程序：將經(jīng)過表面預(yù)處理操作程序：將經(jīng)過表面預(yù)處理( (即涂覆助焊劑即涂覆助焊劑) )的元件引線的元件引線浸漬在焊槽中，使其附上釬料，然后在浸漬在焊槽中，使其附上釬料，然后在1010倍的顯微鏡下觀倍的顯微鏡下觀察，檢查釬料所覆蓋的面積是否占整個(gè)面積的察，檢查釬料所覆蓋的面積是否占整個(gè)面積的9595以以上，是否有氣孔或空隙等。上，是否有氣孔或空隙等。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 面積比率的測(cè)量精度不高。面積比率的測(cè)量精度不高。234) 4) 元件引線的可焊性試驗(yàn)元件引線的可焊性試驗(yàn)( (接觸角法接觸角法) ) 在試驗(yàn)的引線上卷上直徑為在試驗(yàn)的引線上卷上直徑為0.25mm0.25mm的釬料，在高于釬料熔點(diǎn)的的釬料

21、，在高于釬料熔點(diǎn)的特定溫度范圍內(nèi)的特定溫度范圍內(nèi)的聚乙二醇浴槽中浸漬聚乙二醇浴槽中浸漬1010分鐘分鐘，待釬料熔融后，待釬料熔融后取出，冷卻至室溫，然后測(cè)量試驗(yàn)取出，冷卻至室溫，然后測(cè)量試驗(yàn)引線與釬料隆起面的接觸角引線與釬料隆起面的接觸角。方法操作簡(jiǎn)便，但接觸角的方法操作簡(jiǎn)便，但接觸角的測(cè)量精度差測(cè)量精度差，數(shù)據(jù)處理困難。，數(shù)據(jù)處理困難。245 5） 焊球試驗(yàn)法焊球試驗(yàn)法 可以測(cè)定可以測(cè)定截面為圓形、矩形的元件引線截面為圓形、矩形的元件引線的可焊的可焊 性和性和 潤(rùn)濕時(shí)間。潤(rùn)濕時(shí)間。原理步驟原理步驟a)a) 熔融的釬料小球置于加熱平臺(tái)，熔融的釬料小球置于加熱平臺(tái)，涂有釬劑的涂有釬劑的試驗(yàn)導(dǎo)線水

22、平地下試驗(yàn)導(dǎo)線水平地下降進(jìn)入焊料小球內(nèi)降進(jìn)入焊料小球內(nèi)，并將小球并將小球等分為二，此球?qū)⒈３址珠_的等分為二，此球?qū)⒈３址珠_的狀態(tài)，直至導(dǎo)線潤(rùn)濕為止?fàn)顟B(tài)，直至導(dǎo)線潤(rùn)濕為止；b)b) 潤(rùn)濕逐漸增加，球的兩部分相潤(rùn)濕逐漸增加，球的兩部分相遇并急驟并合；遇并急驟并合；小球分開與并小球分開與并合之間的時(shí)間，常稱為觸球時(shí)合之間的時(shí)間，常稱為觸球時(shí)間間，即在給定的試驗(yàn)溫度下所，即在給定的試驗(yàn)溫度下所測(cè)得的潤(rùn)濕時(shí)間。測(cè)得的潤(rùn)濕時(shí)間。25 焊球試驗(yàn)法的設(shè)備焊球試驗(yàn)法的設(shè)備 26 通孔元件可焊性測(cè)試時(shí)釬料球的選擇通孔元件可焊性測(cè)試時(shí)釬料球的選擇引線截面最大直徑（引線截面最大直徑（mmmm）釬料球重量（釬料球重量（

23、mgmg）小于小于0.250.2550500.260.260.550.5575750.560.560.750.751251250.760.761.201.20200200評(píng)價(jià)：評(píng)價(jià)： 通常情況下，通常情況下，SnPbSnPb釬料潤(rùn)濕時(shí)間為釬料潤(rùn)濕時(shí)間為1 1秒，一般不能秒，一般不能 超過超過2s2s，超過，超過2s2s為不合格。為不合格。276) 6) 鋪展試驗(yàn)鋪展試驗(yàn) 擴(kuò)展率（）100DHD式中：式中：H H一鋪展后釬料的高度；一鋪展后釬料的高度； D D一釬料為球狀時(shí)的平均直徑。一釬料為球狀時(shí)的平均直徑。28 實(shí)驗(yàn)室使用的擴(kuò)展設(shè)備：實(shí)驗(yàn)室使用的擴(kuò)展設(shè)備： 29 日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省于日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)

24、省于2003 2003 年年6 6 月月20 20 日發(fā)布的日發(fā)布的JIS Z JIS Z 3198 3198無鉛釬料及其接合部性能測(cè)試的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)無鉛釬料及其接合部性能測(cè)試的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) a a）試驗(yàn)材料：）試驗(yàn)材料：銅板：尺寸為銅板：尺寸為303030300. 3 mm,0. 3 mm,材料為無氧銅材料為無氧銅C1220P C1220P 或或 C1201PC1201P（磷脫氧銅板），進(jìn)行表面預(yù)處理后；（磷脫氧銅板），進(jìn)行表面預(yù)處理后；釬料：加工為直徑釬料：加工為直徑6. 5 mm6. 5 mm、高度、高度1. 24 mm1. 24 mm的圓板形狀；的圓板形狀；釬劑：配置順序?yàn)殁F劑：配置順序?yàn)?

25、(25 : (25 0. 1) g 0. 1) g 的松香加入到的松香加入到(75 (75 0. 0. 1) g 1) g 的丙酮內(nèi)的丙酮內(nèi), ,緩慢加熱使松香溶解緩慢加熱使松香溶解, ,再攪拌成為均再攪拌成為均 勻的溶液，松香采用勻的溶液，松香采用J IS K5902J IS K5902里規(guī)定的里規(guī)定的2 2 級(jí)松香，級(jí)松香， 然后加入有機(jī)物鹽酸鹽然后加入有機(jī)物鹽酸鹽(0. 39(0. 390. 01) g 0. 01) g 并緩慢攪并緩慢攪 拌溶解，冷卻后少量添加相當(dāng)于蒸發(fā)掉的丙酮。拌溶解，冷卻后少量添加相當(dāng)于蒸發(fā)掉的丙酮。30b b）試驗(yàn)過程：）試驗(yàn)過程：用用微滴注器微滴注器將將0. 0

26、2 ml 0. 02 ml 的釬劑滴在銅板的中央的釬劑滴在銅板的中央, ,將釬料放將釬料放置在銅板的中間，放入置在銅板的中間，放入干燥器中加熱至干燥器中加熱至100 100 并保持并保持2 2 minmin , ,使釬劑中的溶劑揮發(fā)掉，共制作使釬劑中的溶劑揮發(fā)掉，共制作5 5 片片這樣的試驗(yàn)件；這樣的試驗(yàn)件；將釬料槽的釬料溫度穩(wěn)定在將釬料槽的釬料溫度穩(wěn)定在( (250 250 3)3); ;通過升降機(jī)使試通過升降機(jī)使試 驗(yàn)件與釬料槽中熔化的釬料水平地接觸驗(yàn)件與釬料槽中熔化的釬料水平地接觸, ,注意槽中熔化釬料注意槽中熔化釬料的的表面氧化膜表面氧化膜在試驗(yàn)件接觸之前要用在試驗(yàn)件接觸之前要用刮板除

27、去刮板除去；接觸保持接觸保持30 s30 s , ,使無鉛釬料熔化并在銅板上鋪展開，升降使無鉛釬料熔化并在銅板上鋪展開，升降 機(jī)將試驗(yàn)件從釬料槽水平地拉起機(jī)將試驗(yàn)件從釬料槽水平地拉起, ,一直冷卻到室溫；用適當(dāng)一直冷卻到室溫；用適當(dāng)?shù)牡娜軇┫慈モF劑殘?jiān)軇┫慈モF劑殘?jiān)?/124.1VD V V 試驗(yàn)所用釬料試樣的質(zhì)量試驗(yàn)所用釬料試樣的質(zhì)量/ / 密度密度 317 7） 潤(rùn)濕平衡法潤(rùn)濕平衡法 原理原理 樣品、熔化的釬料和大氣構(gòu)樣品、熔化的釬料和大氣構(gòu)成一個(gè)三相體系達(dá)到平衡時(shí)，成一個(gè)三相體系達(dá)到平衡時(shí)，表面張力形成的彎月面形狀，表面張力形成的彎月面形狀，根據(jù)楊氏方程根據(jù)楊氏方程 ：lg)cos(

28、slsg32amFFF)cos(lgLFmVgFaLVgFlg)cos(VgLF)cos(lg合力合力F F的變化與潤(rùn)濕角的變化存在直接關(guān)系，因此反映潤(rùn)的變化與潤(rùn)濕角的變化存在直接關(guān)系，因此反映潤(rùn)濕質(zhì)量的參數(shù)濕質(zhì)量的參數(shù)的動(dòng)態(tài)測(cè)量的動(dòng)態(tài)測(cè)量，可轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的，可轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的潤(rùn)濕力和潤(rùn)濕力和浮力的合力浮力的合力F F的測(cè)量。的測(cè)量。 33日本日本RhescaRhesca公司公司Solder Checker SAT-5100Solder Checker SAT-5100型型可焊性測(cè)試儀可焊性測(cè)試儀34 測(cè)試結(jié)果潤(rùn)濕曲線測(cè)試結(jié)果潤(rùn)濕曲線 a)a) 也可用于器件引腳也可用于器件引腳可焊性的檢測(cè)；可焊性的

29、檢測(cè)；b)b) MILMILSTDSTD883E 883E METHOD 2022.2METHOD 2022.2Wetting Wetting Balance Balance SolderabilitySolderability 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定過零線的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定過零線的時(shí)間要小于時(shí)間要小于0 05s5s，并且在并且在lsls之內(nèi)達(dá)到之內(nèi)達(dá)到最大合力的最大合力的2/32/3。35 Sn37Pb Sn37Pb釬料潤(rùn)濕曲線釬料潤(rùn)濕曲線 36 Sn0.7Cu Sn0.7Cu 釬料潤(rùn)濕曲線釬料潤(rùn)濕曲線 37 Sn3.0Ag0.5Cu Sn3.0Ag0.5Cu 釬料潤(rùn)濕曲線釬料潤(rùn)濕曲線 382(1) 2(1) 釬

30、料熔化溫度范圍測(cè)定方法釬料熔化溫度范圍測(cè)定方法 熔化溫度范圍是釬料合金最基本的性質(zhì)熔化溫度范圍是釬料合金最基本的性質(zhì), ,是決定實(shí)際釬是決定實(shí)際釬 焊溫度的基本參數(shù)焊溫度的基本參數(shù), ,同時(shí)也可以通過它判斷釬料的流動(dòng)同時(shí)也可以通過它判斷釬料的流動(dòng) 性和結(jié)晶溫度區(qū)間等。性和結(jié)晶溫度區(qū)間等。 熔化溫度區(qū)間以熔化開始溫度和凝固開始溫度來描述熔化溫度區(qū)間以熔化開始溫度和凝固開始溫度來描述, , 熔化開始溫度通常指在合金相圖上的固相線溫度熔化開始溫度通常指在合金相圖上的固相線溫度, ,而凝而凝 固開始溫度相當(dāng)于液相線的溫度。固開始溫度相當(dāng)于液相線的溫度。 熔化開始溫度的測(cè)試采用掃描差熱測(cè)量熔化開始溫度的

31、測(cè)試采用掃描差熱測(cè)量(DSC)(DSC)和差熱和差熱 分析分析(DTA) (DTA) 方法進(jìn)行方法進(jìn)行; ; 凝固開始溫度通過熔化釬料合金的冷卻曲線測(cè)量。凝固開始溫度通過熔化釬料合金的冷卻曲線測(cè)量。39 熔化開始溫度測(cè)量參數(shù)：熔化開始溫度測(cè)量參數(shù)： 試樣質(zhì)量：試樣質(zhì)量：5 mg-10 mg ,5 mg-10 mg ,一般情況下均取一般情況下均取10 mg10 mg； 加熱速度：加熱速度：1 / min-10 / min ,1 / min-10 / min ,精度在精度在10 %10 %以內(nèi)。以內(nèi)。 溫度校正：純度為溫度校正：純度為99. 99 %99. 99 %已知熔點(diǎn)的純物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)試樣已知熔點(diǎn)

32、的純物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)試樣40 差熱分析記錄曲線上求取熔化開始溫度的方法差熱分析記錄曲線上求取熔化開始溫度的方法 41 從熔化釬料的冷卻曲線求取凝固開始溫度的方法從熔化釬料的冷卻曲線求取凝固開始溫度的方法 422(2) 2(2) 釬料機(jī)械特性的拉伸試驗(yàn)（釬料機(jī)械特性的拉伸試驗(yàn)（JIS Z 3198JIS Z 3198標(biāo)準(zhǔn)）標(biāo)準(zhǔn)） 標(biāo)準(zhǔn)件形狀和尺寸規(guī)格：標(biāo)準(zhǔn)件形狀和尺寸規(guī)格： 標(biāo)準(zhǔn)件制造：標(biāo)準(zhǔn)件制造： 鑄造釬料熔體的溫度定為無鉛釬料合金凝固開始溫鑄造釬料熔體的溫度定為無鉛釬料合金凝固開始溫 度之上度之上(100 (100 5) ,5) ,鑄造前鑄型的溫度為室溫。鑄造前鑄型的溫度為室溫。433. 3. 釬焊

33、焊點(diǎn)的機(jī)械性能試驗(yàn)方法釬焊焊點(diǎn)的機(jī)械性能試驗(yàn)方法測(cè)定焊點(diǎn)的連接強(qiáng)度，因元器件形狀不同而不完全相同測(cè)定焊點(diǎn)的連接強(qiáng)度，因元器件形狀不同而不完全相同: :c)c) 對(duì)對(duì)BGABGA等接頭隱藏在內(nèi)部的元器件：一般采用從搭等接頭隱藏在內(nèi)部的元器件：一般采用從搭 載該焊點(diǎn)的基板的背面進(jìn)行彎曲試驗(yàn)，測(cè)定連接載該焊點(diǎn)的基板的背面進(jìn)行彎曲試驗(yàn)，測(cè)定連接 破壞時(shí)強(qiáng)度。破壞時(shí)強(qiáng)度。a) a) 引線鍵合及引線鍵合及QFPQFP等有引線的元件：等有引線的元件： 多將基板水平或傾斜多將基板水平或傾斜4545進(jìn)行引線的拉拔試驗(yàn)；進(jìn)行引線的拉拔試驗(yàn)； 多引線部件應(yīng)每一邊選出數(shù)根引線試驗(yàn)，后取平均值；多引線部件應(yīng)每一邊選出數(shù)

34、根引線試驗(yàn)，后取平均值；b)b) 對(duì)于片式元件：對(duì)于片式元件： 進(jìn)行剪切試驗(yàn)，但不能使元件受到?jīng)_擊；進(jìn)行剪切試驗(yàn)，但不能使元件受到?jīng)_擊；444546 1） 釬料接頭拉伸及剪切試驗(yàn)方法（釬料接頭拉伸及剪切試驗(yàn)方法（JIS Z 3198JIS Z 3198標(biāo)準(zhǔn)）標(biāo)準(zhǔn)） 必要性：必要性： 健全焊點(diǎn)的條件下健全焊點(diǎn)的條件下, ,軟釬焊接頭的可靠性受接合界面軟釬焊接頭的可靠性受接合界面 IMCIMC生成及其成長(zhǎng)的影響。生成及其成長(zhǎng)的影響。 拉伸試樣和拉伸試樣和1 1剪切試樣試驗(yàn)方法剪切試樣試驗(yàn)方法 47a)a) 釬焊前接頭金屬需用脫脂液或酸洗液清洗；釬料量釬焊前接頭金屬需用脫脂液或酸洗液清洗；釬料量以保

35、證填滿接合部間隙為準(zhǔn)；焊后機(jī)械加工除去接以保證填滿接合部間隙為準(zhǔn)；焊后機(jī)械加工除去接頭多余部分。頭多余部分。b)b) 拉伸速度范圍為拉伸速度范圍為1 mm/ min-50 mm/ min1 mm/ min-50 mm/ min；試驗(yàn)環(huán)；試驗(yàn)環(huán)境溫度一般選擇境溫度一般選擇10 -35 10 -35 。拉伸強(qiáng)度計(jì)算公式：拉伸強(qiáng)度計(jì)算公式：剪切強(qiáng)度計(jì)算公式：剪切強(qiáng)度計(jì)算公式：APAPS48b)b) 由于接頭釬焊圓角直接影響接頭強(qiáng)度值由于接頭釬焊圓角直接影響接頭強(qiáng)度值, ,因此試驗(yàn)件的制因此試驗(yàn)件的制備要求消除釬料潤(rùn)濕圓角備要求消除釬料潤(rùn)濕圓角, ,保證試驗(yàn)結(jié)果的均一性。保證試驗(yàn)結(jié)果的均一性。 2 2

36、 剪切試件試驗(yàn)方法剪切試件試驗(yàn)方法a)a) 拉伸速度范圍為拉伸速度范圍為1 mm/ min1 mm/ min50 mm/ min50 mm/ min；試驗(yàn)環(huán)境溫度一；試驗(yàn)環(huán)境溫度一般為般為10 10 35 35 ；卡具間隙范圍為；卡具間隙范圍為0. 2 mm0. 2 mm0. 7 mm0. 7 mm。492 2） QFPQFP 引線軟釬焊接頭引線軟釬焊接頭45拉引試驗(yàn)方法（拉引試驗(yàn)方法（JIS Z 3198JIS Z 3198標(biāo)準(zhǔn)）標(biāo)準(zhǔn)） 把試件固定在夾具上把試件固定在夾具上, ,基板平面要與水平面保持基板平面要與水平面保持4545。對(duì)于拉。對(duì)于拉 伸掛鉤卡具伸掛鉤卡具, ,施加載荷時(shí)要求不滑

37、動(dòng)施加載荷時(shí)要求不滑動(dòng), ,掛鉤端尺寸小于引線內(nèi)掛鉤端尺寸小于引線內(nèi) 部空隙且不易變形。部空隙且不易變形。 拉伸速度取拉伸速度取 10 mm/ min 10 mm/ min。 50 試驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià) a)a) 一般取最大拉伸載荷作為評(píng)價(jià)參考值一般取最大拉伸載荷作為評(píng)價(jià)參考值, ,但是需要詳細(xì)但是需要詳細(xì) 說明接合部拉伸斷裂的部位說明接合部拉伸斷裂的部位, ,如斷裂發(fā)生在釬料內(nèi)如斷裂發(fā)生在釬料內(nèi) 部、部、引線、焊盤剝離等引線、焊盤剝離等 b)b) 試驗(yàn)關(guān)鍵：設(shè)計(jì)好掛鉤卡具的尖端形狀。試驗(yàn)關(guān)鍵：設(shè)計(jì)好掛鉤卡具的尖端形狀。QFP QFP 器件的種器件的種類繁多且引線肩部的形狀和尺寸各不相同類

38、繁多且引線肩部的形狀和尺寸各不相同, ,因此必須考因此必須考慮肩部引線的寬度和曲率設(shè)計(jì)掛鉤卡具的尖端形狀慮肩部引線的寬度和曲率設(shè)計(jì)掛鉤卡具的尖端形狀, ,使使卡具尖端能夠充分鉤住引線肩部?？ň呒舛四軌虺浞帚^住引線肩部。 掛鉤尖端尺寸過?。簰煦^尖端尺寸過?。?拉伸過程中鉤不住引線并滑脫掛鉤拉伸過程中鉤不住引線并滑脫掛鉤; ; 尖端尺寸過大：尖端尺寸過大： 拉伸過程中給引線施加附加的力拉伸過程中給引線施加附加的力, ,導(dǎo)致導(dǎo)致 結(jié)果產(chǎn)生誤差。結(jié)果產(chǎn)生誤差。 513 3） 片式元器件軟釬焊接頭剪切試驗(yàn)方法片式元器件軟釬焊接頭剪切試驗(yàn)方法 試驗(yàn)方法：采用加壓剪切試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)方法：采用加壓剪切試驗(yàn)機(jī)( (

39、萬能試驗(yàn)機(jī)萬能試驗(yàn)機(jī)) )a)a) 壓力卡具的前端為直壓力卡具的前端為直徑徑0. 5 mm0. 5 mm端子；端子；b)b) 剪切卡具對(duì)準(zhǔn)器件的剪切卡具對(duì)準(zhǔn)器件的中心軸線并保證卡具中心軸線并保證卡具與器件垂直與器件垂直, ,卡具與卡具與基板的間隙距離為器基板的間隙距離為器件厚度的件厚度的1/4;1/4;c)c) 實(shí)驗(yàn)中避免卡具對(duì)器實(shí)驗(yàn)中避免卡具對(duì)器件的沖擊件的沖擊, ,卡具的移卡具的移動(dòng)速度一般取為動(dòng)速度一般取為5 5 mm/ minmm/ min30 mm/ 30 mm/ minmin。 52 試驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià) a)a) 一般取最大加壓載荷作為評(píng)價(jià)參考值一般取最大加壓載荷作為評(píng)價(jià)參考

40、值, ,但是需詳細(xì)說明但是需詳細(xì)說明接合部剪切斷裂的部位接合部剪切斷裂的部位, ,如斷裂發(fā)生在釬料內(nèi)部、如斷裂發(fā)生在釬料內(nèi)部、 界面處、芯片器件等。界面處、芯片器件等。b)b) 試驗(yàn)關(guān)鍵：卡具的形狀、卡具與器件的相對(duì)位置、卡具試驗(yàn)關(guān)鍵：卡具的形狀、卡具與器件的相對(duì)位置、卡具的移動(dòng)速度；的移動(dòng)速度； 卡具與基板間隙值過大：卡具將給器件額外的較大扭矩，卡具與基板間隙值過大：卡具將給器件額外的較大扭矩，降低實(shí)際剪切強(qiáng)度；降低實(shí)際剪切強(qiáng)度； 卡具在器件的中心對(duì)稱線上移動(dòng)卡具在器件的中心對(duì)稱線上移動(dòng), ,否則由于器件兩端焊點(diǎn)否則由于器件兩端焊點(diǎn)承受的力不同，嚴(yán)重影響試驗(yàn)結(jié)果。承受的力不同，嚴(yán)重影響試驗(yàn)結(jié)

41、果。534. 4. 引線鍵合的拉伸強(qiáng)度引線鍵合的拉伸強(qiáng)度 試驗(yàn)方法：（不超過試驗(yàn)方法：（不超過2g2gs s的恒速率垂直上拉）的恒速率垂直上拉） 2sintFF54 斷裂位置斷裂位置 實(shí)際上很多情況是實(shí)際上很多情況是E E處焊接最弱，損壞的可能最大。處焊接最弱，損壞的可能最大。55 5. 5. 芯片粘接（或焊接）強(qiáng)度的測(cè)量方法芯片粘接（或焊接）強(qiáng)度的測(cè)量方法 芯片良好粘接芯片良好粘接( (焊接焊接) )的標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn) 芯片粘接芯片粘接( (或焊接或焊接) )強(qiáng)度良好：強(qiáng)度良好： 芯片推碎了，粘接芯片推碎了，粘接( (焊接焊接) )處良好處良好 56 電參數(shù)測(cè)試法（芯片與底座導(dǎo)電性連接）電參數(shù)測(cè)試

42、法（芯片與底座導(dǎo)電性連接）1 1）導(dǎo)電性連接：焊接、低溫銀漿粘接、導(dǎo)電膠粘接；）導(dǎo)電性連接：焊接、低溫銀漿粘接、導(dǎo)電膠粘接；2 2）導(dǎo)電性粘接）導(dǎo)電性粘接( (或焊接或焊接) )好壞主要影響器件的熱阻和飽和壓好壞主要影響器件的熱阻和飽和壓降，所以對(duì)這類連接的器件，芯片與底座粘接降，所以對(duì)這類連接的器件，芯片與底座粘接( (或焊接或焊接) )好好壞的檢查方法可以通過測(cè)試晶體管的飽和壓降來無損地檢壞的檢查方法可以通過測(cè)試晶體管的飽和壓降來無損地檢測(cè)焊接（粘接）的質(zhì)量。測(cè)焊接（粘接）的質(zhì)量。3 3）如果飽和壓降偏大，一般來說芯片都沒有粘）如果飽和壓降偏大，一般來說芯片都沒有粘( (焊焊) )牢，有牢

43、，有的甚至一推就脫落了。的甚至一推就脫落了。 57 推力試驗(yàn)法（芯片與底座是非導(dǎo)電性連接）推力試驗(yàn)法（芯片與底座是非導(dǎo)電性連接） 1 1） 非導(dǎo)電性連接：環(huán)氧樹脂粘接非導(dǎo)電性連接：環(huán)氧樹脂粘接 測(cè)量時(shí)，推刀垂直靠在被測(cè)芯片邊緣，推刀作切向運(yùn)動(dòng)，芯測(cè)量時(shí)，推刀垂直靠在被測(cè)芯片邊緣，推刀作切向運(yùn)動(dòng)，芯片被推掉時(shí)推力計(jì)上指示的讀數(shù)數(shù)即是芯片粘接（焊接片被推掉時(shí)推力計(jì)上指示的讀數(shù)數(shù)即是芯片粘接（焊接) )強(qiáng)強(qiáng)度。度。582 2） 芯片共晶焊的美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)芯片共晶焊的美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)883B883B方法方法20192019、I I、的、的 最小推力與芯片面積的關(guān)系曲線。最小推力與芯片面積的關(guān)系曲線。 59

44、芯片粘接芯片粘接( (或焊接或焊接) )的熱疲勞強(qiáng)度影響因素的熱疲勞強(qiáng)度影響因素 1 1）芯片與底座之間空隙的大??；）芯片與底座之間空隙的大?。? 2）釬料輪廓的形狀；）釬料輪廓的形狀；3 3）是否有氧化物或脆性金屬間化合物存在；）是否有氧化物或脆性金屬間化合物存在；4 4）冷卻速度的變化；）冷卻速度的變化；5 5）摻雜物的種類及含量的變化而導(dǎo)致焊料晶粒大小或）摻雜物的種類及含量的變化而導(dǎo)致焊料晶粒大小或 形狀的不同。形狀的不同。60 芯片與載體基板間焊料的最大熱剪切形變：芯片與載體基板間焊料的最大熱剪切形變： /2SDTt D D芯片對(duì)角線尺寸；芯片對(duì)角線尺寸；t t焊料厚度；焊料厚度；Tm

45、axTmax為器件試驗(yàn)的最高溫度；為器件試驗(yàn)的最高溫度；TminTmin為器件試驗(yàn)的最低溫度（如為器件試驗(yàn)的最低溫度（如5555）maxminTTT熱形變是直接與芯片大小有關(guān)；在溫度循環(huán)中則熱形變是直接與芯片大小有關(guān)；在溫度循環(huán)中則要么是焊料強(qiáng)度大于芯片強(qiáng)度而使芯片碎裂，要要么是焊料強(qiáng)度大于芯片強(qiáng)度而使芯片碎裂，要么是使焊料屈服。么是使焊料屈服。 61 器件失效的循環(huán)壽命器件失效的循環(huán)壽命 (KnnfmNS次數(shù)）m為釬料的最大剪切形變?yōu)殁F料的最大剪切形變 1 1）用）用PbPb和和SnSn系焊料的器件失效率比用系焊料的器件失效率比用AuAuSnSn焊料的器件焊料的器件 明顯高些。而明顯高些。而

46、PbPb系焊料又比系焊料又比S nS n系可靠性好些。系可靠性好些。2 2）導(dǎo)電膠粘接、銀漿及環(huán)氧粘接比上述焊料差）導(dǎo)電膠粘接、銀漿及環(huán)氧粘接比上述焊料差些。些。3 3）SnSnSb(10Sb(10) )Ag(25Ag(25) )等等S nS n系焊料在焊接時(shí)會(huì)與芯系焊料在焊接時(shí)會(huì)與芯 片背面或管殼上的金層反應(yīng)，形成一種片背面或管殼上的金層反應(yīng)，形成一種AuSn4AuSn4相而使熱相而使熱 疲勞強(qiáng)度下降。因此這類焊料不宜用于芯片背面和管疲勞強(qiáng)度下降。因此這類焊料不宜用于芯片背面和管 殼上有金層的情況。殼上有金層的情況。626. 6. 微壓痕法基于微小焊點(diǎn)本身的強(qiáng)度測(cè)量方法微壓痕法基于微小焊點(diǎn)本

47、身的強(qiáng)度測(cè)量方法 6.1 6.1 傳統(tǒng)傳統(tǒng)SMTSMT焊點(diǎn)可靠性評(píng)價(jià)過程中存在的問題焊點(diǎn)可靠性評(píng)價(jià)過程中存在的問題 力學(xué)性能本構(gòu)方程焊點(diǎn)應(yīng)力應(yīng)變FEMSMT焊點(diǎn)熱疲勞壽命SMT焊點(diǎn)失效分析63釬料合金的本構(gòu)方程中的力學(xué)性能參數(shù)是通過對(duì)鑄造體釬釬料合金的本構(gòu)方程中的力學(xué)性能參數(shù)是通過對(duì)鑄造體釬料拉伸試樣或搭接接頭進(jìn)行單軸拉伸或蠕變?cè)囼?yàn)而得；料拉伸試樣或搭接接頭進(jìn)行單軸拉伸或蠕變?cè)囼?yàn)而得； 常規(guī)力學(xué)實(shí)驗(yàn)的對(duì)象材料是鑄態(tài)，鑄態(tài)釬料有均勻的組織常規(guī)力學(xué)實(shí)驗(yàn)的對(duì)象材料是鑄態(tài)，鑄態(tài)釬料有均勻的組織 BGA BGA、CSPCSP等面封裝的重要特征是焊點(diǎn)尺寸的微型化，等面封裝的重要特征是焊點(diǎn)尺寸的微型化， B

48、GABGA焊點(diǎn)的半徑已經(jīng)達(dá)到焊點(diǎn)的半徑已經(jīng)達(dá)到0.1 mm0.1 mm的量級(jí)，從而對(duì)微連接焊的量級(jí)，從而對(duì)微連接焊 點(diǎn)力學(xué)可靠性的評(píng)價(jià)提出了新的課題：微小體積焊點(diǎn)的力點(diǎn)力學(xué)可靠性的評(píng)價(jià)提出了新的課題：微小體積焊點(diǎn)的力 學(xué)行為與大尺寸體釬料合金的力學(xué)行為是否一致，即焊點(diǎn)學(xué)行為與大尺寸體釬料合金的力學(xué)行為是否一致，即焊點(diǎn) 尺寸效應(yīng)對(duì)釬料合金本構(gòu)方程的影響；尺寸效應(yīng)對(duì)釬料合金本構(gòu)方程的影響； 實(shí)際焊點(diǎn)是軟釬焊態(tài)，即固態(tài)釬料經(jīng)過了一次熔化和再凝實(shí)際焊點(diǎn)是軟釬焊態(tài)，即固態(tài)釬料經(jīng)過了一次熔化和再凝 固，并且由于界面處固，并且由于界面處IMCIMC的形成使得焊點(diǎn)呈層狀分布，即的形成使得焊點(diǎn)呈層狀分布，即 I

49、MCIMC釬料釬料IMCIMC。64 PBGA PBGA（Plastic Ball Grid ArrayPlastic Ball Grid Array）尺寸：）尺寸：65 尺寸效應(yīng)與釬料的力學(xué)性能尺寸效應(yīng)與釬料的力學(xué)性能( (蠕變性能）蠕變性能）釬料尺寸對(duì)釬料力學(xué)性能的影響：釬料尺寸對(duì)釬料力學(xué)性能的影響：2525倍倍12.3mm V = 1.8 mm3540mm V = 785 mm3 釬料：釬料：Sn60Pb40Sn60Pb40蠕變速率：蠕變速率：5N/mm5N/mm2 2試驗(yàn)溫度：試驗(yàn)溫度：22Deg. 22Deg. 66 尺寸效應(yīng)與釬料的力學(xué)性能尺寸效應(yīng)與釬料的力學(xué)性能( (拉伸性能）拉伸性能） 大小尺寸試樣應(yīng)變速率與拉伸強(qiáng)度關(guān)系大小尺寸試樣應(yīng)變速率與拉伸強(qiáng)度關(guān)系67 搭接接頭與塊體釬料疲勞壽命關(guān)系