电路板上组装焊点贮存失效机理研究

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随着组装工艺技术的不断发展,电子元器件的组装密度不断增大,对电子产品的可靠性要求也相应提高。在电子产品中,焊点作为薄弱的环节常常发生失效。许多电子产品在使用前长期处于非工作状态,贮存是其中一种最基本的类型。在贮存期间,焊点的微观组织的改变导致焊点中缺陷的形成,对焊点在贮存期间失效机理的研究具有十分重要的意义。本文对通孔插装(THT)焊点和球栅阵列封装(BGA)焊点的贮存失效机理进行了系统研究。利用加速贮存寿命试验的方法对焊点进行分区贮存,观察焊点在不同贮存温度下微观组织的演变和缺陷的形成,对缺陷的产生机理进行了分析;利用红外多点测温的方法对贮存焊点进行了无损检测;对焊点的电学性能进行测试,观察焊点在贮存期间电学性能的变化情况;通过拉伸和剪切测试评估焊点在贮存期间力学性能的变化情况;观察分析贮存期间IMCs的表面形貌和生长变化,对生长动力学和晶粒的粗化机制进行了分析;通过电子背散射衍射技术(EBSD)分析了Cu6Sn5晶粒贮存期间的取向变化。研究结果表明:在贮存期间,界面处Cu6Sn5和Cu3Sn中会产生裂纹,Cu3Sn的产生会形成大量的Kirkendall孔洞,共晶钎料发生偏聚使相界弱化;焊点界面处金属间化合物(IMCs)呈抛物线生长,表面形貌由扇贝状向平面状转变;利用红外多点测温的无损检测技术能有效检测出焊点缺陷的产生情况;焊点的电学性能变化较小,通孔插装焊点的焊点强度大于元器件的引脚强度,BGA焊点的剪切强度在贮存期间不断下降,与微观组织缺陷的产生和钎料偏聚有关,剪切断裂位置由钎料内部向焊点界面出转变,长时间贮存,焊点由韧性断裂转变为含有沿晶断裂的混合断裂模式;ENIG焊盘上的BGA焊点具有更好的剪切强度,且剪切强度的下降趋势较慢;Cu6Sn5晶粒随IMCs生长发生粗化以降低表面能,晶粒由表面圆滑的扇贝状转变为棱面明显的多面体状;Cu6Sn5晶粒取向由随机分散逐渐趋向于一致,Cu6Sn5晶粒的{0001}晶面与焊盘所在平面接近于平行而使其倾向于“立”在焊盘上。晶粒之间的取向差角也随着减小,转变为小角晶界所占比例居多。
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