電子產(chǎn)品的內(nèi)涵極為廣泛，既包括電子材料、電子元器件，又包括將它們按照既定的裝配工藝程序、設(shè)計裝配圖和接線圖，按一定的精度標準、技術(shù)要求、裝配順序安裝在指定的位置上，再用導(dǎo)線把電路的各部分相互連接起來，組成具有獨立性能的整體。電子封裝中廣泛采用的SMT封裝技術(shù)及新型的芯片尺寸封裝（CSP）、焊球陣列（BGA）等封裝技術(shù)均要求通過焊點直接實現(xiàn)異材間電氣及剛性機械連接（主要承受剪切應(yīng)變），生產(chǎn)實踐證明，良好的電接觸是保證電子產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性的重要因素，電子產(chǎn)品發(fā)生故障跟電氣安裝的質(zhì)量有密切關(guān)系。本文主要介紹無鉛焊點失效模式及可靠性測試方法，一起來看看吧。
焊點的失效模式
焊點的可靠性實驗工作，包括可靠性實驗及分析，其目的一方面是評價、鑒定集成電路器件的可靠性水平，為整機可靠性設(shè)計提供參數(shù)；另一方面，就是要提高焊點的可靠性。這就要求對失效產(chǎn)品作必要的分析，找出失效模式，分析失效原因，其目的是為了糾正和改進設(shè)計工藝、結(jié)構(gòu)參數(shù)、焊接工藝等，焊點失效模式對于循環(huán)壽命的預(yù)測非常重要，是建立其數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)。下面介紹3種失效模式。
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1、焊接工藝引起的焊點失效
焊接工藝中的一些不利因素及隨后進行的不適當(dāng)?shù)那逑垂に嚳赡軙?dǎo)致焊點失效。SMT焊點可靠性問題主要來自于生產(chǎn)組裝過程和服役過程。在生產(chǎn)組裝過程中，由于焊前準備、焊接過程及焊后檢測等設(shè)備條件的限制，以及焊接規(guī)范選擇的人為誤差，常造成焊接故障，如虛焊、焊錫短路及曼哈頓現(xiàn)象等。
另一方面，在使用過程中，由于不可避免的沖擊、振動等也會造成焊點的機械損傷，如波峰焊過程中快速的冷熱變化對元件造成暫時的溫度差，使元件承受熱一機械應(yīng)力。當(dāng)溫差過大時，導(dǎo)致元件的陶瓷與玻璃部分產(chǎn)生應(yīng)力裂紋。應(yīng)力裂紋是影響焊點長期可靠性的不利因素。
同時在厚、薄膜混合電路（包括片式電容）組裝過程中，常常有蝕金、蝕銀的現(xiàn)象。這是因為焊料中的錫與鍍金或鍍銀引腳中的金、銀形成化合物，從而導(dǎo)致焊點的可靠性降低。過度的超聲波清洗也可能對焊點的可靠性有影響。
2、時效引起的失效
當(dāng)熔融的焊料與潔凈的基板相接觸時，在界面會形成金屬間化合物（intermetallicCompounds）。在時效過程中，焊點的微結(jié)構(gòu)會粗化，界面處的IMC亦會不斷生長。焊點的失效部分依賴于IMC層的生長動力學(xué)。界面處的金屬間化合物雖然是焊接良好的一個標志，但隨著服役過程中其厚度的增加，會引起焊點中微裂紋萌生乃至斷裂。
當(dāng)其厚度超過某一臨界值時，金屬間化合物會表現(xiàn)出脆性，而由于組成焊點的多種材料間的熱膨脹失配，使焊點在服役過程中會經(jīng)歷周期性的應(yīng)變，形變量足夠大時會導(dǎo)致失效。研究表明Sn60／Pb40軟釬料合金中加入微量稀土元素鑭，會減少金屬化合物的厚度，進而使焊點的熱疲勞壽命提高2倍，顯著改善表面組裝焊點的可靠性。
3、熱循環(huán)引起的失效
電子器件在服役條件下，電路的周期性通斷和環(huán)境溫度的周期性變化會使焊點經(jīng)受溫度循環(huán)過程。封裝材料問的熱膨脹失配，將在焊點中產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變。如在SMT中芯片載體材料A1203陶瓷的熱膨脹系數(shù)（CTE）為6x10-6℃-1，而環(huán)氧樹脂／玻璃纖維基板的CTE則為15x10-6℃-1。溫度變化時，焊點將承受一定的應(yīng)力和應(yīng)變。一般焊點所承受應(yīng)變?yōu)?％～20％。在THT工藝中，器件的柔性引腳會吸收由于熱失配而引起的大部分應(yīng)變，焊點真正承受的應(yīng)變是很小的。而在SMT中，應(yīng)變基本由焊點來承受，從而會導(dǎo)致焊點中裂紋的萌生和擴展，最終失效。
由于焊點是因熱膨脹系數(shù)不匹配產(chǎn)生熱應(yīng)力而開裂并導(dǎo)致失效，所以提高無引線元件與基板材料的熱匹配最容易成為人們首先關(guān)注的問題。目前已研究開發(fā)出42％Ni-Fe合金（CTE=5x10-6℃-1）、Cu-36％Ni-Fe合金（銦瓦合金）、Cu-Mo-Cu及石英纖維復(fù)合材料等新材料，其中Cu-銦瓦-Cu復(fù)合基板改變其中各成份比例，用此基板鉛焊的焊件經(jīng)1500次熱沖擊實驗，無焊點失效。另外還開發(fā)了在印制板上復(fù)合一層彈性較大的應(yīng)力吸收層，用以吸收由于熱失配引起的應(yīng)力等方面的技術(shù)，也取得了比較好的效果。但新型基板材料的工藝復(fù)雜，價格相對昂貴，其實用性受到一定限制。
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