焊点可靠性研究详解

无铅焊点可靠性分析单位：姓名：时间：无铅焊点可靠性分析摘要：主要介绍了Sn-Ag-Cu合金焊接点发生失效的各种表现形式，探讨失效发生与影响可靠性的各种原因及如保在设计及制程上进行改进以，改善焊点的可靠性，提高产品的质量。

关键词：焊点；失效；质量；可靠性前言：电子产品的“轻、薄、短、小”化对元器件的微型化和组装密度提出了更高的要求。

在这样的要求下，如何保证焊点质量是一个重要的问题。

焊点作为焊接的直接结果，它的质量与可靠性决定了电子产品的质量。

也就是说，在生产过程中，组装的质量最终表现为焊接的质量。

目前，环保问题也受到人们的广泛关注，在电子行业中，无铅焊料的研究取得很大进展，在世界范围内已开始推广应用，无铅焊料与有铅焊料相比，其润湿性差、焊接温度，形成的焊点外观粗糙等不利因素。

因此对其焊点品质也是一个大家很关注的问题。

中将就Sn-Ag-Cu焊料合金的焊点质量和可靠性问题进行探讨。

一、无铅焊点的外观评价在印刷电路板上焊点主要起两方面作用。

一是电连接，二是机械连接。

良好的焊点就是应该是在电子产品的使用寿命周期内，其机械和电气性能都不发生失效。

良好的焊点外观表现为：（1）良好的润湿；（2）适当的焊料，完全覆盖焊盘和焊接部位；（3）焊接部件的焊点饱满且有顺畅连接的边缘；二、寿命周期内焊点的失效形式产品在其整个寿命期间内各个时期的故障率是不同的, 其故障率随时间变化的曲线称为寿命的曲线, 也称浴盆曲线（见下图）如上图所示，产品寿命的曲线总共分为三个阶段早期故障期，偶然故障期，耗损故障期。

1）、早期故障期：在产品投入使用的初期，产品的故障率较高，且具有迅速下降的特征。

这一阶段产品的故障主要是设计与制造中的缺陷，如设计不当、材料缺陷、加工缺陷、安装调整不当等，产品投入使用后很容易较快暴露出来。

可以通过加强质量管理及采用筛选等办法来减少甚至消灭早期故障。

2）、偶然故障期：在产品投入使用一段时间后，产品的故障率可降到一个较低的水平，且基本处于平稳状态，可以近似认为故障率为常数，这一阶段就是偶然故障期。

焊点的质量与可靠性1. 焊点质量的重要性焊接是一种常见的金属连接方法，它在各种工业领域都有广泛的应用。

焊点的质量直接关系到焊接件的强度、可靠性和寿命。

因此，焊点质量的高低对于产品的质量以及人身安全都具有重要的影响。

2. 影响焊点质量的因素焊点的质量受多种因素的影响，以下是几个常见的因素：2.1. 焊接材料的选择焊接材料的选择对焊点质量具有重要影响。

合适的焊接材料可以提高焊点的强度和韧性，从而提高焊接件的可靠性。

一般来说，焊接件的材料应与被焊接材料具有良好的相容性，以确保焊接的质量。

2.2. 焊接工艺参数的控制焊接工艺参数，如焊接电流、焊接时间和焊接速度等，对焊点的质量起着重要的影响。

过高或过低的焊接电流可能导致焊点的气孔和裂纹，影响焊接件的可靠性。

因此，必须严格控制焊接工艺参数，以获得高质量的焊点。

2.3. 表面处理焊接前的表面处理对焊点质量也具有重要影响。

表面的油污、氧化物以及其他污染物可能导致焊接时的缺陷或不良结构，降低焊点的质量。

因此，在焊接前必须对工件进行适当的清洗和处理，确保焊点质量可靠。

3. 焊点质量的检测方法为了保证焊点的质量和可靠性，需要对焊点进行有效的质量检测。

以下是一些常见的焊点质量检测方法：3.1. 目测检测目测检测是最简单的焊点质量检测方法之一。

通过肉眼观察焊点表面的情况，判断焊点是否存在裂纹、疏松和气孔等缺陷。

这种方法成本低廉，操作简单，但对于微小缺陷的检测效果较差。

3.2. X射线检测X射线检测是一种非破坏性的焊点检测方法。

通过照射焊点并观察照片来检测焊点内部的缺陷。

X射线检测能够发现微小的裂纹和气孔，可以较为准确地评估焊点的质量。

然而，X射线设备的成本较高，需要专业人员进行操作。

3.3. 超声波检测超声波检测是一种常用的焊点质量检测方法。

通过发送超声波脉冲并接收回波，来评估焊点内部的缺陷情况。

超声波检测可以检测到焊点的裂纹、夹渣和未熔合等缺陷，具有较高的灵敏度和准确性。

QFN 器件封装技术及焊点可靠性研究进展随着电子设备的不断发展和更新，对器件的封装方式也提出了更高的要求。

传统的DIP（Dual in-line Package）和SOP（Small Outline Package）封装已经不能满足高密度、小体积的产品设计要求，QFN （Quad Flat No-leads）封装因其小尺寸、易于制造和高可靠性的特点受到了广泛的关注和应用。

本文将综述QFN 器件封装技术及其焊点可靠性研究进展。

一、QFN 封装技术的发展QFN 是一种新型的小封装器件，其与SOP 封装相比较，具有尺寸更小，耐机械应力和环境温度变化的能力更强，并且因其无引线封装技术，可以减少因引线老化、断裂导致的坏点率。

随着QFN 应用的不断推进，越来越多的生产厂家开始研究和开发QFN 封装技术。

目前基于QFN 封装技术已经发展出了多种类型，常用的有QFN、DFN、SON 封装。

QFN 封装结构特点QFN 封装结构示意图如下图所示：QFN 封装通常会有金属片和封装耳两个部分。

金属片是做为引子追踪结构，充当芯片和基板的连接。

封装耳的设计旨在增加由于温度差异及机械应力的变化而可能导致的应力释放功能。

同时，又因为QFN 封装表面积小，增加封装耳的数量没有大尺寸封装那么容易。

因此，在QFN 封装中，采用封装耳的技术，但是数量要限制，大约在周边6 个位置左右。

QFN 封装工艺步骤QFN 封装工艺主要包括芯片焊接、烤合、粘接和切割等步骤。

该流程包括如下工艺步骤：Step1：基板清洗基板的清洗是为了去除表面的污垢，确保焊接质量。

Step2：芯片焊接将芯片银浆点焊到基板下面，然后将芯片与基板烤合在一起。

Step3：烤合在热板上，加热芯片和基板，使之彼此结合。

Step4：粘接在芯片上部涂上粘接剂，将芯片贴到基板上。

Step5：切割采用拉丝式切割，即先在芯片上把一定深度的切缝拉开，再用剪刀或切割机进行切割。

以上这些步骤构成了QFN 器件封装过程中的主要流程，总体来说相比传统的SOP 封装方式而言，QFN 封装流程更加的严格，也更加复杂。

SMT焊点可靠性研究前言近几年﹐随着支配电子产品飞速发展的高新型微电子组装技术--表面组装技术(SMT)的飞速发展﹐SMT焊点可靠性问题成为普遍关注的焦点问题。

与通孔组装技术THT(Through Hole Technology)相比﹐SMT在焊点结构特征上存在着很大的差异。

THT焊点因为镀通孔内引线和导体铅焊后﹐填缝铅料为焊点提供了主要的机械强度和可靠性﹐镀通孔外缘的铅焊圆角形态不是影响焊点可靠性的主要因素﹐一般只需具有润湿良好的特征就可以被接受。

但在表面组装技术中﹐铅料的填缝尺寸相对较小﹐铅料的圆角(或称边堡)部分在焊点的电气和机械连接中起主要作用﹐焊点的可靠性与THT焊点相比要低得多﹐铅料圆角的凹凸形态将对焊点的可靠性产生重要影响。

另外﹐表面组装技术中大尺寸组件(如陶瓷芯片载体)与印制线路板的热膨胀系数相差较大﹐当温度升高时﹐这种热膨胀差必须全部由焊点来吸收。

如果温度超过铅料的使用温度范围﹐则在焊点处会产生很大的应力最终导致产品失效。

对于小尺寸组件﹐虽然因材料的CTE 失配而引起的焊点应力水平较低﹐但由于SnPb铅料在热循环条件下的粘性行为(蠕变和应力松弛)存在着蠕变损伤失效。

因此﹐焊点可靠性问题尤其是焊点的热循环失效问题是表面组装技术中丞待解决的重大课题。

80年代以来﹐随着电子产品集成水平的提高,各种形式﹑各种尺寸的电子封装器件不断推出﹐使得电子封装产品在设计﹑生产过程中,面临如何合理地选择焊盘图形﹑焊点铅料量以及如何保证焊点质量等问题。

同时﹐迅速变化的市场需求要求封装工艺的设计者们能快速对新产品的性能做出判断﹑对工艺参数的设置做出决策。

目前﹐在表面组装组件的封装和引线设计﹑焊盘图形设计﹑焊点铅料量的选择﹑焊点形态评定等方面尚未能形成合理统一的标准或规则﹐对工艺参数的选择﹑焊点性能的评价局限于通过大量的实验估测。

因此﹐迫切需要寻找一条方便有效的分析焊点可靠性的途径﹐有效地提高表面组装技术的设计﹑工艺水平。

焊点可靠性分析技术要点1. 可焊性的评估和测试可焊性一般指金属表面被熔融焊料润湿的能力，润湿的过程如上所述，在电子行业中，可焊性评估的目的是验证元器件引脚或焊端的可焊性是否满足规定的要求和判断存储对元器件焊接到单板上的能力是否产生了不良影响，可焊性测试主要是测试镀层可润湿能力的稳健性（robustness）。

可焊性测试通常用于判断元器件和PCB在组装前的可焊性是否满足要求。

焊料润湿性能的试验方法有很多种，包括静滴法(Sessile drop)、润湿称量法(Wetting balance也称润湿平衡法)、浸锡法等。

图1为静滴法的示意图，该法是将液体滴落在洁净光滑的试样表面上，待达到平衡稳定状态后，拍照放大，直接测出润湿角θ，并可通过θ角计算相应的液—固界面张力。

该法中接触角θ可用于表征润湿合格与否，θ≤90°，称为润湿，θ>90°，称为不润湿，θ=0°，称为完全润湿，θ=180°，为完全不润湿。

润湿称量法则是将试样浸入焊锡中，测量提升时的荷重曲线，然后根据该荷重曲线，得出对润湿时间以及浮力进行修正后的润湿力。

以上两种方法为定量的方法，浸锡法则是定性的方法，是将试样浸入熔融焊料炉，观察焊料在镀层上的爬锡情况，凭经验定性评估镀层对焊料润湿情况，从而得出可焊性结论。

这种方法具有快捷、方便和费用少等特点，但是它的重复性和再现性Gauge R&R差，两个人在不同时间进行同一测试可能会得出不同的结论。

可焊性的测试方法，代表性的标准为“IPC/EIA J-STD-003B印制板可焊性试验”和“IPC/EIA/JEDEC J-STD-002C元件引线、焊接端头、接线片及导线的可焊性测试”。

润湿称量法由于其具有良好的重复性和再现性，受到多个标准的推荐使用。

影响可焊性的因素很多，主要有：焊料的合金组成、表面镀层（或者表面处理）、温度、助焊剂和时间等。

目前用于电子装配的焊料合金，主要以锡添加其它金属组成，添加的金属类型和量的比例，对润湿性能有很大影响。

计算机系统的焊点可靠性试验简介在计算机系统的生产过程中，焊接是重要的步骤之一。

焊点的可靠性对于计算机系统的正常运行和使用寿命具有重要影响。

为了测试焊点的可靠性，采用焊点可靠性试验是一种常见的方法。

本文将介绍计算机系统的焊点可靠性试验的过程和一些常见的测试方法。

焊点可靠性试验的目的焊点可靠性试验的主要目的是评估焊点的质量和寿命。

通过对焊点进行试验，可以检测焊点的强度、稳定性和可靠性。

通过这些试验结果，可以判断焊点是否能够满足计算机系统的要求，从而采取相应的措施提高焊接质量和可靠性。

焊点可靠性试验的步骤焊点可靠性试验的步骤可以分为以下几个阶段：1. 焊接准备在进行焊点可靠性试验之前，需要对焊接过程进行准备。

这包括选择适当的焊接材料和焊接方法，准备焊接设备以及调试焊接参数。

2. 样品制备制备好焊接样品是进行焊点可靠性试验的关键步骤之一。

根据需要测试的焊接部件的类型和规格，选择合适的基材和焊料进行样品制备。

将焊接样品制备成相应的形状和尺寸，确保样品的一致性和代表性。

3. 焊接过程在焊接过程中，根据样品的要求进行焊接操作。

根据焊接方法的不同，可以采用手工焊接、自动化焊接或者半自动化焊接。

焊接过程中需要注意控制焊接温度、焊接时间和焊接速度等参数，确保焊接质量的稳定性和一致性。

4. 焊点可靠性测试焊接完成后，通过对焊点进行可靠性测试来评估焊点的质量和寿命。

常见的焊点可靠性测试方法包括静态拉力测试、冲击测试、热老化测试和震动测试等。

根据测试结果，可以评估焊点的可靠性，并鉴定焊接过程中存在的问题。

5. 结果分析和改进根据焊点可靠性试验的结果和分析，可以对焊接过程进行改进和优化。

通过调整焊接参数、改善焊接材料和改进焊接设备等方式，提高焊点的可靠性和稳定性。

常见的焊点可靠性试验方法在计算机系统的焊点可靠性试验中，常见的试验方法包括以下几种：1. 静态拉力测试静态拉力测试是一种常见的焊点强度测试方法。

通过施加拉力，测试焊点的强度和断裂负荷。

SMT焊点可靠性研究近几年，随着支配电子产品飞速发展的高新型微电子组装技术--表面组装技术（SMT）的飞速发展，SMT焊点可靠性问题成为普遍关注的焦点问题。

与通孔组装技术THT（Through Hole Technology）相比，SMT在焊点结构特征上存在着很大的差异。

THT焊点因为镀通孔内引线和导体铅焊后，填缝铅料为焊点提供了主要的机械强度和可靠性，镀通孔外缘的铅焊圆角形态不是影响焊点可靠性的主要因素，一般只需具有润湿良好的特征就可以被接受。

但在表面组装技术中，铅料的填缝尺寸相对较小，铅料的圆角（或称边堡）部分在焊点的电气和机械连接中起主要作用，焊点的可靠性与THT焊点相比要低得多，铅料圆角的凹凸形态将对焊点的可靠性产生重要影响。

另外，表面组装技术中大尺寸组件（如陶瓷芯片载体）与印制线路板的热膨胀系数相差较大，当温度升高时，这种热膨胀差必须全部由焊点来吸收。

如果温度超过铅料的使用温度范围，则在焊点处会产生很大的应力最终导致产品失效。

对于小尺寸组件，虽然因材料的CTE 失配而引起的焊点应力水平较低，但由于SnPb铅料在热循环条件下的粘性行为（蠕变和应力松弛）存在着蠕变损伤失效。

因此，焊点可靠性问题尤其是焊点的热循环失效问题是表面组装技术中丞待解决的重大课题。

80年代以来，随着电子产品集成水平的提高，各种形式、各种尺寸的电子封装器件不断推出，使得电子封装产品在设计、生产过程中，面临如何合理地选择焊盘图形、焊点铅料量以及如何保证焊点质量等问题。

同时，迅速变化的市场需求要求封装工艺的设计者们能快速对新产品的性能做出判断、对工艺参数的设置做出决策。

目前，在表面组装组件的封装和引线设计、焊盘图形设计、焊点铅料量的选择、焊点形态评定等方面尚未能形成合理统一的标准或规则，对工艺参数的选择、焊点性能的评价局限于通过大量的实验估测。

因此，迫切需要寻找一条方便有效的分析焊点可靠性的途径，有效地提高表面组装技术的设计、工艺水平。

焊点可靠性研究总结（先艺电子科技）1、Sn能Au反应，生成IMC脆性组织，对焊点强度不利，Sn含量越多度Au的侵蚀越严重2、Sn能与Ag形成针状IMC脆性组织3、Sn-Pb对Au、Ag均有侵蚀作用，所以可靠性应用场合不适宜用Sn-Pb焊料焊接Au层、Ag层4、富Pb化合物的润湿性差，如果焊头中出现富Pb层，则焊接强度会大大降低5、通常镀金或镀银，将Au、Ag层机械打磨，然后使用Sn-Pb焊料焊接，焊接效果好，焊接接头强度高6、无铅焊料，Sn仍是主要成分，仍然存在蚀Au、蚀Ag现象，存在质量隐患。

7、焊料与最外层的焊接性最重要，其次是与次外层的润湿性。

8、如果液相能与母材相互作用，则可以很好地润湿母材（相互溶解、形成化合物）9、Sn 基无铅钎料与Ni 基板钎焊时，Ni 原子能快速扩散进入钎料中与Sn 反应形成Ni-Sn IMC层，从而达到焊接的效果。

Ni/Au-Sn/Ni焊点在330 ℃钎焊时形成良好的层状ζ-(Au，Ni)5Sn+δ-(Au，Ni)Sn共晶组织；钎焊时，Au-Sn/Ni界面产生薄而平直的(Ni，Au)3Sn2金属间化合物(IMC) 层和针状(Ni，Au)3Sn2化合物；随着钎焊时间继续延长，(Ni，Au)3Sn2 IMC 层厚度明显增加，针状(Ni，Au)3Sn2化合物异常长大。

10、在焊接界面上，我们一般会有一层薄的金层（<50密耳）用来防止基层金属的氧化，并且在焊接时会被焊料去除。

含铟合金容易形成一种金铟金属间化合物，Au/In 金属间化合物很脆，对焊接质量非常不利。

所以我们建议在使用含铟合金时使用较薄的金层，一般来说10密耳或者以下。

11、含银的焊料SnAg，易于与镀层含银的端面接合，含金、含铟的合金焊料易于与镀层含金的端面接合。

12、合金选择应当基于材料强度等物理属性要求，并考虑适用的焊接温度以及成品的工作温度。

一般的选择原则是选择一种熔点超过成品工作温度至少50℃的材料。

金、铜丝球键合焊点的可靠性对比研究1 引言丝球焊是引线键合中最具代表性的焊接技术，它是在一定的温度下，作用键合工具劈刀的压力，并加载超声振动，将引线一端键合在IC芯片的金属法层上，另一端键合到引线框架上或PCB便的焊盘上，实现芯片内部电路与外围电路的电连接，由于丝球焊操作方便、灵活、而且焊点牢固，压点面积大（为金属丝直径的2.5－3倍），又无方向性，故可实现高速自动化焊接[1]。

丝球焊广泛采用金引线，金丝具有电导率大、耐腐蚀、韧性好等优点，广泛应用于集成电路，铝丝由于存在形球非常困难等问题，只能采用楔键合，主要应用在功率器件、微波器件和光电器件，随着高密度封装的发展，金丝球焊的缺点将日益突出，同时微电子行业为降低成本、提高可靠性，必将寻求工艺性能好、价格低廉的金属材料来代替价格昂贵的金，众多研究结果表明铜是金的最佳替代品[2－6]。

铜丝球焊具有很多优势：（1）价格优势：引线键合中使用的各种规格的铜丝，其成本只有金丝的1/3－1/10。

（2）电学性能和热学性能：铜的电导率为0.62（μΩ/cm）－1，比金的电导率[0.42（μΩ/cm）－1]大，同时铜的热导率也高于金，因此在直径相同的条件下铜丝可以承载更大电流，使得铜引线不仅用于功率器件中，也应用于更小直径引线以适应高密度集成电路封装；（3）机械性能：铜引线相对金引线的高刚度使得其更适合细小引线键合；（4）焊点金属间化合物：对于金引线键合到铝金属化焊盘，对界面组织的显微结构及界面氧化过程研究较多，其中最让人们关心的是"紫斑"（AuAl2）和"白斑"（Au2Al）问题，并且因Au和Al两种元素的扩散速率不同，导致界面处形成柯肯德尔孔洞以及裂纹。

降低了焊点力学性能和电学性能[7，8]，对于铜引线键合到铝金属化焊盘，研究的相对较少，Hyoung－Joon Kim等人[9]认为在同等条件下，Cu/Al界面的金属间化合物生长速度比Au/Al界面的慢10倍，因此，铜丝球焊焊点的可靠性要高于金丝球焊焊点。

LED焊点可靠性试验报告随着近年来LED光效的不断提升，LED的寿命和可靠性越来越受到业界的重视，它是LED产品最重要的性能之一。

LED产品制造中的每一个元件和环节都会对其可靠性和寿命产生影响，其中LED器件与印刷电路板(PCB)之间焊点的可靠性对于确保LED灯具的整体可靠性至关重要。

本文阐述如何了使用热冲击测试来分析科锐XLamp® 大功率LED器件的焊点可靠性，旨在帮助科锐的用户掌握科锐LED器件的应用和设计的注意事项，提高产品研发效率和质量。

一、焊点可靠性的影响因素LED应用设计中，几个焊点非常重要，如图1所示，三个焊点的可靠性是确保热量从LED结点传递到散热器的关键所在。

1. LED芯片到LED基板的焊点这点通常由LED制造商确保其完整和可靠，在设计LED封装时应考虑如下因素。

1. LED 芯片和LED基板的物理性能 2. 材料选择 3. 焊点几何形状（焊盘尺寸和形状、焊盘相对于阻焊层的放置位置）4. 散装焊料合金的机械性能 5. 在焊点/散热盘界面形成的金属间化合物的性质及其结构；2. LED基板到PCB焊点和PCB到散热器焊点灯具制造商在应用和设计中确保这两个焊点的可靠和完整性。

LED基板与PCB之间焊点的完整性是LED 产品长期流明维持率和可靠性的主要决定因素之一。

焊点可靠性不仅取决于焊料合金，还取决于LED器件和PCB的金属镀层。

此外，回流温度曲线对无铅焊点的性能也有着显著影响，因为它会影响焊点的浸润性能和微观结构。

焊点损坏或存在缺陷会导致开路失效状况，进而导致灯具电气性能完全失效。

对于LED器件焊接至PCB的可靠性，要考虑的关键特性是LED器件与PCB材料之间热膨胀系数的差异。

工作条件的变化会导致因膨胀系数失配而产生不同的力。

这些力可能会被一些机械作用（如LED基板弯曲）放大。

对于较大封装尺寸LED在坚硬的PCB上的焊接，距离LED封装中心最远的焊点因膨胀失配而产生的应力最大。

SMT焊點可靠性研究東莞新進電子有限公司SMT焊點可靠性研究前言近几年﹐隨著支配電子產品飛速發展的高新型微電子組裝技術--表面組裝技術(SMT)的飛速發展﹐SMT焊點可靠性問題成為普遍關注的焦點問題。

為通孔組裝技THT(Through Hole Technology)相比﹐SMT在焊點結構特征上存在著很大的差異。

THT焊點因為鍍通孔內引線和導體犴焊后﹐填縫犴料為焊點提供了主要的機械強度和可靠性﹐鍍通孔外緣的犴焊圓角形態不是影響焊點可靠性的主要因素﹐一般只需具有潤濕良好的特征就可以被接受。

但在表面組裝技術中﹐犴料的填縫尺寸相對較小﹐犴料的圓角(或稱邊堡)部分在焊點的電氣和機械連接中起主要作用﹐焊點的可靠性與THT焊點相比要低得多﹐犴料圓角的凹凸形態將對焊點的可靠性產生重要影響。

另外﹐表面組裝技術中大尺寸元件(如陶瓷芯片載體)與印制線路板的熱膨脹系數相差較大﹐當溫度升高時﹐這種熱膨脹差必須全部由焊點來吸收。

如果溫度超過犴料的使用溫度范圍﹐則在焊點處會產生很在的應力最終導致產品失效。

對于小尺寸元件﹐雖然因材料的CTE 失配而引起的焊點應力水平較低﹐但由于SnPb犴料在熱循環條件下的粘性行為(蠕變和應力松弛)存在著蠕變損傷失效。

因此﹐焊點可靠性問題尤其是焊點的熱循環失效問題是表面組裝技術中丞待解決的重大課題。

80年氏以來﹐隨著電子產品集成水平的提高,各種形式﹑各種尺寸的電子封裝器件不斷推出﹐使得電子封裝產品在設計﹑生產過程中,面臨如何合理地選擇焊盤圖形﹑焊點犴料量以及如何保証焊點質量等問題。

同時﹐迅速變化的市場需求要求封裝工藝的設計者們能快速對新產品的性能做出判斷﹑對工藝參數的設置做出決策。

目前﹐在表面組裝元件的封裝和引線設計﹑焊盤圖形設計﹑焊點犴焊量的選擇﹑焊點形態評定等方面尚未能形成合理統一的標准或規則﹐對工藝參數的選擇﹑焊點性能的評價局限于通過大量的實驗估測。

因此﹐迫切需要尋找一條方便有效的分析焊點可靠性的途徑﹐有效地提高表面組裝技術的設計﹑工藝水平。

《电子封装中金属间化合物力学性能的研究及焊点可靠性分析》篇一一、引言随着微电子技术的快速发展，电子封装技术在提升元器件性能、增强系统稳定性及可靠性方面起着至关重要的作用。

在电子封装过程中，金属间化合物的形成及其力学性能对于焊点可靠性和整体系统性能具有重大影响。

本文将深入探讨电子封装中金属间化合物的力学性能及其对焊点可靠性的影响，为电子封装技术的发展提供理论支持和实践指导。

二、金属间化合物的力学性能研究1. 金属间化合物的形成与性质金属间化合物是指在两种或多种金属之间通过化学反应形成的化合物。

在电子封装过程中，金属间化合物的形成受到温度、压力、时间等多种因素的影响。

这些化合物具有独特的物理和化学性质，如高硬度、高熔点、良好的导电性和热稳定性等。

2. 力学性能研究金属间化合物的力学性能主要包括硬度、弹性模量、韧性等。

通过实验和理论分析，研究金属间化合物的力学性能对于提高焊点强度和系统稳定性具有重要意义。

例如，某些金属间化合物具有较高的硬度，可以提高焊点的耐磨性和抗冲击性；而某些化合物则具有良好的韧性，能够吸收应力，减少裂纹的产生。

三、焊点可靠性分析1. 焊点结构与性能焊点是电子封装中的重要组成部分，其结构与性能直接影响到整个系统的可靠性。

焊点的形成过程中，金属间化合物的生成对焊点的强度和稳定性具有重要影响。

因此，研究焊点的结构、成分及性能对于提高焊点可靠性具有重要意义。

2. 可靠性分析方法为了评估焊点的可靠性，需要采用多种分析方法，包括实验测试、数值模拟和理论分析等。

实验测试可以通过对焊点进行拉伸、弯曲、冲击等实验，观察其性能变化；数值模拟则可以通过建立焊点的有限元模型，分析其在不同条件下的应力分布和变形情况；理论分析则可以从材料科学的角度，研究金属间化合物的形成机理和性质对焊点可靠性的影响。

四、电子封装中金属间化合物对焊点可靠性的影响金属间化合物在电子封装中扮演着重要角色，其力学性能对焊点可靠性具有显著影响。

焊点可靠性分析目录焊点的基础知识1焊点的工艺流程2焊点的工艺评价3焊点的可靠性评价41.焊点的基础知识1.1焊点：无铅/锡铅焊料被加热到熔点以上，焊接金属表面在助焊剂的活化作焊点图片用下，对金属表面的氧化层和污染物起到清洗作用，同时使金属表面获得足够的激活能。

熔融的焊料在经过助焊剂净化的金属表面上进行浸润、发生扩散、冶金结合，在焊料和被焊接金属表面之间生成金属间结合层，冷却后使得焊料凝固，形成焊点。

在焊接界面形成良好滋润形成良好焊点的关键形成合适的金属化间化合物1.2形成良好焊点的关键1.3焊点的基本结构和基本作用�焊点的基本构成：器件引脚、焊料、PCB焊盘、界面的金属化层�焊点的基本作用：电气连接、机械连接2.焊点的工艺流程冷却后形成焊点表面清洗焊件加热焊料润湿扩散结合层焊接工艺表面清洁焊件加热焊料润湿扩散结合层冷却后形成焊点焊接过程分解助焊剂残留的影响高温和温度差异的影响焊点微观结构的差异2.1主要的焊接工艺软钎焊接：手工焊接软钎焊接：手工焊接 波峰焊接波峰焊接波峰焊接 SMT SMT SMT再流焊再流焊接其他焊接：激光焊接其他焊接：激光焊接 氩弧焊接氩弧焊接氩弧焊接 压焊等压焊等——主要针对钎焊接2.1.1手工焊接手工焊接工艺手工焊接工艺缺陷：焊料对引脚润湿不良；焊料对孔壁润湿、填充不足。

2.1.2波峰焊波峰焊：波峰焊是让插件板的焊接面直接与高温液态锡接触达到焊接目的,其高温液态锡保持一个斜面,并由特殊装置使液态锡形成一道道类似波浪的现象,所以叫"波峰焊"波峰焊曲线图2.1.3回流焊�回流焊：回流焊技术在电子制造领域并不陌生，我们电脑内使用的各回流焊接工艺种板卡上的元件都是通过这种工艺焊接到线路板上的，这种设备的内部有一个加热电路，将空气或氮气加热到足够高的温度后吹向已经贴好元件的线路板，让元件两侧的焊料融化后与主板粘结回流焊曲线图焊接缺陷案例2.2工艺不当主要失效模式工艺不当焊点冷焊静电损伤焊点偏位异常陶瓷电容破裂潮湿敏感损伤焊点过度焊接工艺缺陷原因汇总分析1包括元器件、助焊剂等材料控制不合理3后期检测的手段缺乏，不能及时发现问题2焊接工艺参数缺乏必要的控制和优化补充：技术人员对工艺控制的要求掌握不够3.焊点的工艺评价9.热分析技术（TGA/DSC/TMA)10.染色与渗透技术11.其他分析测试技术9.热分析技术（TGA/DSC/TMA)10.染色与渗透技术11.其他分析测试技术5.金相切片分析6.扫描电镜分析SEM 7.能谱分析EDAX 8.光电子能谱XPS 5.金相切片分析6.扫描电镜分析SEM 7.能谱分析EDAX 8.光电子能谱XPS 1.红外检查2.X 射线透视检查X-RAY 3.扫描超声显微镜检查 C-SAM 4.红外显微镜分析FT-IR 1.红外检查 2.X 射线透视检查X-RAY 3.扫描超声显微镜检查C-SAM 4.红外显微镜分析FT-IR3.1外观检查 Visual Inspection4.焊点可靠性分析焊点的主要可靠性问题�焊点缺陷（空洞、虚焊、冷焊等）�焊点疲劳失效（和长时间工作相关）�焊点开裂失效（通常和受热或机械应力相关焊点疲劳可靠性评价标准IPC-SM-785表面组装焊点可靠性加速试验实验指南IPC-9701 表面组装焊点性能测试方法和鉴定要求（给出了详细要求）JESD22-104-B 温度循环试验4.1温度循环/温度冲击�温度：0℃—100℃、-25℃—100℃、-40℃—125℃、-55℃—125℃、-55℃--100℃�高低温停留时间：有铅：10min\无铅：10min~30min 常用：15min�温度变化速率：<20℃/min 推荐10℃/min~15℃/min�循环数：200cyle\500cyle\1000cyle\1500cyle\2000cyle\�1%失效率计算�5年*365天=1825天*24=43800h*1%=438h*2=876cyle----1000cyle� 3年*365天=1095天*24=26280h*1%=262h*2=524cyle �温冲：500h 2pcs4.2高温高湿试验�85℃± 2℃,85± 2%RH，1000h（其他非标准时间：500H，168H客户指定时采用）\ JESD22A101�IPC-TM-650 2.6.14.1电迁移�40℃ ± 2℃, 93% ± 2% RH；�65℃ ± 2℃，88.5% ±3.5% RH； 85°C ± 2°C, 88.5% ± 3.5% RH�偏压：10VDC；时间：596H�85°C ± 2°C, 85% ±5% RH，1000-24/+168 小时JESD-22-A1014.3锡须观察�Min Temperature -55 to -40 (+0/-10) °C；Max Temperature +85 (+10/-0) °C,air to air; 5 to10 minute soak;3 cycles/hour 1000 cycles。

BGA封装焊点可靠性及疲惫寿命分析随着电子产品的不息进步，电子元件的集成化和微小化趋势愈创造显。

BGA（Ball Grid Array）封装作为一种先进的表面贴装技术，因其在空间利用率、导热性能和可靠性等方面的优势而被广泛应用于现代电子产品的制造中。

然而，由于BGA封装焊点的结构和工作环境的特殊性，焊点可靠性和疲惫寿命成为影响产品质量和可靠性的重要因素。

BGA封装的焊点可靠性主要受到以下几个因素的影响：焊点结构设计、焊接工艺和材料的选择以及使用环境条件。

起首，焊点结构设计是保证焊点可靠性的基础。

焊点的规划、尺寸和间距的设计需要思量到应力分布、热应力和热膨胀等因素，以防止焊点疲惫和断裂。

其次，焊接工艺和材料的选择是影响焊点可靠性的重要因素。

适当的焊接工艺参数和合适的焊接材料能够确保焊点的高度可靠性。

最后，使用环境条件也会对焊点可靠性产生重要影响。

温度变化、机械应力和震动等环境因素都可能导致焊点的疲惫、裂纹和失效。

疲惫寿命是衡量焊点可靠性的重要指标之一。

焊点在使用过程中会受到屡次热、机械应力的作用，从而导致疲惫断裂。

焊点疲惫寿命将受到多种因素的影响，包括焊点材料的物理、化学性质、腐蚀环境、应力水平宁加载方式等。

通常，焊点的疲惫寿命可以通过试验、数值模拟和寿命猜测模型等方法来进行评估。

通过对焊点疲惫寿命的分析，可以指导焊接工艺的优化，提高焊点的可靠性。

在BGA封装的焊点可靠性和疲惫寿命分析中，试验是一种重要的手段。

通过对不同焊点结构和工艺参数的试验探究，可以评估焊点在不同条件下的失效模式和寿命。

另外，数值模拟方法也是一种有效的手段。

通过建立焊点结构和材料的有限元模型，可以模拟焊点在实际工作条件下的应力和应变分布，从而评估焊点的可靠性和疲惫寿命。

此外，寿命猜测模型也是一种常用的手段。

通过建立适当的数学模型，可以依据焊点的工作条件和材料性质，猜测焊点的寿命，从而指导焊接工艺和材料的选择。

总的来说，BGA封装焊点的可靠性和疲惫寿命是一个复杂而重要的问题。

PCBA焊点可靠性预测一、预测焊点的可靠性焊接点的疲劳寿命预测对电子封装的可靠性评估是关键的。

在微电子工业中预测失效循环次数的标准方法是基于使用通过试验得出的经验关系式。

如果使用一个分析方法，通过都是使用诸如Coffin-Manson(C-M)这样的经验曲线。

通常，使用接合元件之间的CTE差别，计算出焊接点内最大的预测弹性与塑性应力。

大多数时间，使用塑性应变值，是用C-M曲线来预测焊接点的疲劳寿命。

通过研究者已经显示，这个方法对BGA封装所产生的结果是保守的。

例如，Zhao et al.已经从冶金学上证明，C-M方法不能用于微结构进化的材料，如锡铅焊锡合金1,2。

其理由是C-M方法没有考虑在疲劳期间材料特性的任何变化。

C-M方法假设，在每一个热循环中所经历的塑性应变在整个热循环过程中是保持不变的。

事实上，焊接点所经历的实际塑性应变在每个循环都由于微结构变粗糙而减少。

因此，C-M方法大大地低估了焊接点的疲劳寿命。

在本研究中使用一个损伤进化函数来量化焊接点的退化。

损伤进化函数是基于热力学的第二定律，并使用熵作为损伤度量。

Basaran 和Yan已经证明，作为一个系统失调度量的熵可用作固体力学的损伤度量标准3。

损伤进化结合到一个统一的粘塑结构模型中(在下面描述)，用来描述在热机负载下焊接点的循环疲劳特性。

二、构造模型试验结果显示，相对于懦变或粘塑应变，塑性应变对低循环疲劳寿命的影响是可能忽略的。

依赖时间的懦变形支配着焊接点的低循环疲劳寿命1,2。

这是因为共晶与近共晶焊锡合金一般预计由于其低熔点(183°C)在高同系温度下工作。

在高同系温度下，材料经历很大的懦性变形。

因此一个热粘塑结构模型对于建立焊接性能模型是必要的。

为了建立近共晶焊锡的第一、第二和第三懦变阶段模型，需要懦变率函数。

在高同系温度下的大多数金属与合金的稳定状态塑性变形的动力学可用Dorn懦变方程来描述4。

Kashyap与Murty已经从实验上证明，颗粒大小可以重大影响锡铅焊锡合金的懦变特性5。