位置:51电子网 » 技术资料 » 集成电路

焊点的疲劳

发布时间:2012/10/7 12:01:28 访问次数:3115

    焊点内的BTS117疲劳是由循环塑性形变引起的,造成的原因则是电子元器件中断续的电流而产生的温度变化。这种疲劳的后果是会导致焊点的破裂和失效,或似断非断的接触状态造成电子产品可靠性减低。
    电子产品焊点的疲劳属于低循环疲劳(通常循环时间长2~3h/周期),这种疲劳的数学模型可用Coffin-Manson芙系式来描述,即
        

式中,Ⅳ是循环次数,万是塑性应变振幅,常数可以从抗张试验的塑性应变中得出,口为幂指数,通常为0.3~0.5。在对数坐标上,应变和循环次数仍是一条直线。
    在25℃环境下,对63Sn37Pb焊料做抗剪试验,并得到以下关系:
               

    ●若5=3%,而每分钟循环15次,则Ⅳ=1900次;
    ●若万仍为3%,而每分钟循环5次,则N=16000次;
    ●若万仍为3%,而每分钟循环5次,但环境温度为100℃,则N=3000次。
    这说明锡铅焊料的疲劳寿命随循环频率增加以及环境温度的升高而下降。这确实是电子产品中经常出现的情况,即电子产品的焊点疲劳属于低循环疲劳,而环境温度却会因焊点的电阻增大出现升温。这些均会加剧焊点的疲劳。
    焊点的疲劳损坏除了与循环频率有关以外,还与焊接质量有密切关系。优良的润湿焊点比差的润湿焊点耐疲劳。Cu6Sn5的IMC比CU3Sn的IMC耐疲劳。
    导致焊点疲劳损坏的微观原因还在于焊料锡晶体具有正方晶格结构,由于晶体的各向异性,造成沿晶体主轴的热膨胀系数不相同,系数的最大值为30.5×10-6,而最小值为1.55×10-6,若AT=100 0C,则应变可达0.-15%,已高于弹性应变允许的范围。此外,铅晶体是面心立方晶格结构,当温度变化时,锡铅的不同CTE也会加剧焊点的疲劳损坏。
    疲劳损坏的表现在于原先光滑的焊料表面变得很粗糙,并且在极限情况下会出现裂纹。焊点疲劳损坏对于SMT产品有指导意义,SMC/SMD焊点,形状小,结构多为刚性,直接受PCB热变形的影响以及焊点工作时升温的影响,其蠕变及疲劳损坏是不言而喻的,某种意义上远远超过通孔安装元器件。
    7.2.9  高强度焊料合金
    对锡铅焊点的可靠性研究一直受到人们的重视,特别是SMT向精细化方向过程中更加突出。国内许多大学和研究所,如桂林工业大学、电子工程研究所均有人从事SMT焊点可靠性的研究,既有人从焊盘尺寸设计、工艺参数优化等方面来提高焊点的可靠性,也有人从提高焊料合金的强度来达到上述目的。
    传统的提高锡铅焊料合金强度的方法是在锡铅焊料中增加2%的银,来提高焊点的抗剪强度;同样增加1%N6%的锑,也会使锡铅焊料的综合机械性能,如抗剪、抗张、抗蠕性能增强。近年来有人采用微量的稀有金属加入锡铅焊料中来达到增强焊料合金机械性能的目的,其综合性能优于传统的方法,如在Sn40Pb合金中加入微量的铼(Re),可以使SnPb合金焊料的蠕变寿命提高一倍以上。这是因为Re的加入可以使SnPb合金的组织形态发生改变,即SnPb合金的共晶结构由原来的片层状结构变化为短棒状和棒状的混合,且SnPb0.05Re焊料合金中,富锡相与富铅相的分布也比Sn40Pb中分布的均匀,从而有效地改交了锡晶体的各向异性。焊料在受外力作用时,从微观来看,其断裂方式发生改变,即由沿晶断裂方式为主转变化穿晶方式为主。可见混合稀土的加入使铅料合金的断裂方式发生改变,由沿晶断裂方式为主转变为穿晶方式为主,说明铼的加入改善焊料合金的塑性和蠕变,寿命得到提高。由于金属铼的加入,使SnPb组织结构上发生改变,对增强SnPb合金的抗蠕变性能是有积极意义的。

    焊点内的BTS117疲劳是由循环塑性形变引起的,造成的原因则是电子元器件中断续的电流而产生的温度变化。这种疲劳的后果是会导致焊点的破裂和失效,或似断非断的接触状态造成电子产品可靠性减低。
    电子产品焊点的疲劳属于低循环疲劳(通常循环时间长2~3h/周期),这种疲劳的数学模型可用Coffin-Manson芙系式来描述,即
        

式中,Ⅳ是循环次数,万是塑性应变振幅,常数可以从抗张试验的塑性应变中得出,口为幂指数,通常为0.3~0.5。在对数坐标上,应变和循环次数仍是一条直线。
    在25℃环境下,对63Sn37Pb焊料做抗剪试验,并得到以下关系:
               

    ●若5=3%,而每分钟循环15次,则Ⅳ=1900次;
    ●若万仍为3%,而每分钟循环5次,则N=16000次;
    ●若万仍为3%,而每分钟循环5次,但环境温度为100℃,则N=3000次。
    这说明锡铅焊料的疲劳寿命随循环频率增加以及环境温度的升高而下降。这确实是电子产品中经常出现的情况,即电子产品的焊点疲劳属于低循环疲劳,而环境温度却会因焊点的电阻增大出现升温。这些均会加剧焊点的疲劳。
    焊点的疲劳损坏除了与循环频率有关以外,还与焊接质量有密切关系。优良的润湿焊点比差的润湿焊点耐疲劳。Cu6Sn5的IMC比CU3Sn的IMC耐疲劳。
    导致焊点疲劳损坏的微观原因还在于焊料锡晶体具有正方晶格结构,由于晶体的各向异性,造成沿晶体主轴的热膨胀系数不相同,系数的最大值为30.5×10-6,而最小值为1.55×10-6,若AT=100 0C,则应变可达0.-15%,已高于弹性应变允许的范围。此外,铅晶体是面心立方晶格结构,当温度变化时,锡铅的不同CTE也会加剧焊点的疲劳损坏。
    疲劳损坏的表现在于原先光滑的焊料表面变得很粗糙,并且在极限情况下会出现裂纹。焊点疲劳损坏对于SMT产品有指导意义,SMC/SMD焊点,形状小,结构多为刚性,直接受PCB热变形的影响以及焊点工作时升温的影响,其蠕变及疲劳损坏是不言而喻的,某种意义上远远超过通孔安装元器件。
    7.2.9  高强度焊料合金
    对锡铅焊点的可靠性研究一直受到人们的重视,特别是SMT向精细化方向过程中更加突出。国内许多大学和研究所,如桂林工业大学、电子工程研究所均有人从事SMT焊点可靠性的研究,既有人从焊盘尺寸设计、工艺参数优化等方面来提高焊点的可靠性,也有人从提高焊料合金的强度来达到上述目的。
    传统的提高锡铅焊料合金强度的方法是在锡铅焊料中增加2%的银,来提高焊点的抗剪强度;同样增加1%N6%的锑,也会使锡铅焊料的综合机械性能,如抗剪、抗张、抗蠕性能增强。近年来有人采用微量的稀有金属加入锡铅焊料中来达到增强焊料合金机械性能的目的,其综合性能优于传统的方法,如在Sn40Pb合金中加入微量的铼(Re),可以使SnPb合金焊料的蠕变寿命提高一倍以上。这是因为Re的加入可以使SnPb合金的组织形态发生改变,即SnPb合金的共晶结构由原来的片层状结构变化为短棒状和棒状的混合,且SnPb0.05Re焊料合金中,富锡相与富铅相的分布也比Sn40Pb中分布的均匀,从而有效地改交了锡晶体的各向异性。焊料在受外力作用时,从微观来看,其断裂方式发生改变,即由沿晶断裂方式为主转变化穿晶方式为主。可见混合稀土的加入使铅料合金的断裂方式发生改变,由沿晶断裂方式为主转变为穿晶方式为主,说明铼的加入改善焊料合金的塑性和蠕变,寿命得到提高。由于金属铼的加入,使SnPb组织结构上发生改变,对增强SnPb合金的抗蠕变性能是有积极意义的。

热门点击

 

推荐技术资料

DS2202型示波器试用
    说起数字示波器,普源算是国内的老牌子了,FQP8N60... [详细]
版权所有:51dzw.COM
深圳服务热线:13692101218  13751165337
粤ICP备09112631号-6(miitbeian.gov.cn)
公网安备44030402000607
深圳市碧威特网络技术有限公司
付款方式