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本帖最后由 Happyday@ 于 2021-5-17 10:59 编辑 @: E1 L. I* Z9 N; v3 E' J
1 q- ?# u1 [5 _$ r" b9 Y/ H% L一、界面失效5 B, r7 ~' J! ?1 \ f1 ~; l# s
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1.界面失效的特征界面失效的特征是：焊点的电气接触不良或微裂纹发生在焊盘和钎料相接触的界面层上，如图1、图2所示。2.界面失效机理（1）虚焊。（2）冷焊。（3）不合适的IMC层。
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二、钎料疲劳失效
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+ O4 A3 t* i: P" {4 z8 L0 Q; T2 Q1、钎料疲劳失效特征焊点钎料疲劳失效的特征是：微裂纹或断裂位置都是发生在钎料体的内部或IMC附近，按其发生的位置常见的有3种：① PCB焊盘侧钎料体疲劳裂纹，如图3。② 钎料体的主裂纹发生在芯片侧，如图4所示。③ PCB基板侧和芯片侧同时出现钎料体疲劳裂纹，如图5所示。 焊点钎料疲劳失效是由于工作环境中存在着随机振动、正弦振动、载荷冲击、温度冲击与循环等的周期性循环外力作用的结果。这种环境条件是普遍存在的，特别是在航天、航空、航海、车载等电子产品中尤为明显。表面贴装器件，焊点承担了电气的、热学的及机械连接等多重作用，并且一直是可靠性的薄弱环节。焊点受损原因以热循环诱发最为常见，而徐变和应力松弛则是循环受损的主因，如图6所示。材料徐变一般在温度高于绝对熔化温度的0.6倍（Tk/Tkm＞0.6）时出现。2.钎料疲劳失效机理焊点因热循环受损的常见原因如下：# E$ V- @/ G+ o' h6 V8 |8 r
●器件与PCB间的整体CTE失配，诱发各种应力；
7 V/ J% {9 W9 Z! [+ X●器件和PCB在厚度方向与表面区域出现温度梯度；* d/ n4 k# F2 u$ h& F
●附着于元器件与PCB之间的钎料局部CTE失配。% E+ Q$ f6 I; w& Y. N6 g. E: N
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减少元器件与PCB的CTE失配，即减少热循环受损情况。对带外部引脚的表面贴装元器件来说，柔性的引脚已使CTE失配问题有所缓解。而面阵列封装中球的刚性给可靠性带来了不利的影响。实验表明BGA的故障不是出现在球与封装之间，就是出现在球与PCB焊盘之间。与界面失效相反，所有这些失效的焊点主要是由于钎料疲劳引发的。& C5 [7 z7 f: s" C, F; [
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三、张力载荷引起蠕变断裂1 E* y! B/ } i1 W8 v. f
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1.张力载荷引起蠕变断裂的特征张力载荷引起蠕变断裂的特征是：裂缝或断裂面通常都发生在截面面积比较小、抗拉强度最脆弱的横断面上，有的甚至还发生在焊盘铜箔与PCB基材之间，如图7所示。2.张力载荷引起蠕变断裂机理对大多数便携式电子产品，如移动电话、呼机、PDA等，相对于环境温度的变化都不是非常严酷的，且其极限温度范围也较小，使用寿命也相对较短（3～5年）。因此，在此类产品中，焊点通常不会因热循环而失效，相反，PCB的弯曲将是失效的主要原因。5 }' H2 w7 N3 C) k* p( A* Q0 w
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四、弯曲试验常见的失效% w c; _* i! F8 M( X) N& n0 P( Z
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8 r$ o/ |9 { e/ Y1.弯曲试验常见的失效特征:（1）失效模式①。在失效模式①中（见图7中①），PCB焊盘从层压板内部剥离，通常还有少量的环氧树脂保留在焊盘上。一旦焊盘被剥离，它就能够在PCB弯曲时自由地上下移动，从而引起PCB导线最终的疲劳断裂。进行染色-剥离失效分析后，失效模式①的照片如图8所示。在焊盘下的层压板中心有染色剂沾染，说明失效发生在焊点从PCB上剥离之前。该失效模式一般出现在最恶劣（最大形变）的弯曲测试条件下。(2)失效模式②。该失效模式是因PCB的导线断裂（见图7中②）造成的。焊盘未从层压板内部剥离，印制线疲劳和裂缝出现在阻焊膜开孔区附近。这种失效模式使用染色-剥离技术是很难发现的。0 T! B6 r: x& F y0 ^) _
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（3）失效模式③。它是PCB焊盘附近的钎料疲劳失效（见图7中③）。可以确认的是：裂缝最初出现在PCB导线端头处焊盘的外边缘，这个连接区域是由阻焊膜界定的（在焊盘的侧壁周围没有钎料层）。经染色-剥离失效分析后的失效模式③如图9所示，其横截面如图10所示。若PCB上只有OSP涂层，则不存在界面失效。而对ENIG Au/Ni涂层的 PCB，在焊盘界面上有可能观察到界面失效。; V! V: l9 p# R6 P
（4）失效模式④。该模式是在器件界面附近的钎料疲劳（见图7中④），如图11所示。在大多数情况下，当器件上的焊盘比PCB焊盘大时，则很少观察到这种失效模式。而当PCB焊盘尺寸比器件焊盘尺寸大时，则常见。3 B3 A- N1 X7 _7 _
①和②发生在最高应力条件下，模式③和④发生在较低应力条件下。随着PCB导线尺寸的减小，模式②就更为普遍。另外，如果SMT加工后，PCBA被多次处理过，那么失效模式①和②也容易发生。
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' F' M( O0 Y. K" r) J2.弯曲试验失效机理PCB的局部弯曲可能引起蠕变断裂，蠕变断裂可能发生在产品工厂组装后的几天甚至几年之后。失效的形成原因是：
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（1）安装结构缺陷。造成弯曲也许只是因为一个将PCB固定到机箱上的螺钉，由于张力载荷导致焊点钎料蠕变，在固定螺钉附近的元器件的焊点会逐渐失效并最终断裂。+ R/ R) r2 m+ f2 M6 P0 h
（2）按键压力引起弯曲而导致焊点失效。PCB弯曲时焊点失效的发生是因为按键压力的作用，大多数产品都是将键盘区和PCB上的镀金部分相联系。每次，当一个键被压下时，PCB就将会发生变形，变形的幅度和在焊点上产生的应力，取决于产品的整体机械设计。在一个移动电话的寿命期内，由于按键导致的PCB弯曲的次数可能会达到几十万次。* m2 k& U" U7 S0 Z
（3）应力过大产生焊点疲劳失效。第三种弯曲失效机理发生在便携式产品掉到地上时，导致PCB剧烈振动，在元器件焊点上引起应力，严重时由于应力过大或焊点疲劳而产生失效。随着细间距球栅阵列封装（BGA）和芯片级封装（CSP）的普遍应用，PCB的弯曲成了便携式产品可靠性的关键因素。因此，人们不得不采用环氧树脂黏结剂，对上述封装器件进行底部填充来提高可靠性，抑制焊点失效。
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发表于 2021-5-17 10:58
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