基于可靠性測(cè)試的PCBA的失效機(jī)理及數(shù)值模擬研究.pdf

1、可靠性實(shí)驗(yàn)是在產(chǎn)品大規(guī)模生產(chǎn)前或大規(guī)模生產(chǎn)過程中進(jìn)行的，以保證產(chǎn)品投入大規(guī)模生產(chǎn)的質(zhì)量和可靠性。產(chǎn)品失效模式的研究，對(duì)改進(jìn)生產(chǎn)工藝、來料質(zhì)量、設(shè)計(jì)等具有十分重要的意義。
　　本文針對(duì)電子產(chǎn)品組裝印制電路板（PCBA）級(jí)的可靠性測(cè)試，以球珊陣列封裝（BGA）、微型薄片式封裝（TSOP）、印制電路板（PCB）為研究對(duì)象，通過不同的加速熱循環(huán)可靠性實(shí)驗(yàn)的對(duì)比，研究了無鉛焊點(diǎn)的可靠性及主要失效模式和PCB的失效模式。主要研究內(nèi)容如下：

2、r>　　1．以TSOP為研究對(duì)象，通過切片實(shí)驗(yàn)、光學(xué)顯微鏡觀察、電子掃描顯微鏡觀察、引腳拉拔等手段，發(fā)現(xiàn)樣品的失效模式及失效機(jī)理，并用有限元模擬研究焊點(diǎn)的疲勞壽命。
　　2．以BGA為研究對(duì)象，通過對(duì)比不同的加速熱循環(huán)（ATC）實(shí)驗(yàn)和切片實(shí)驗(yàn)、光學(xué)顯微鏡觀察、電子掃描顯微鏡觀察等，研究BGA的失效模式。
　　3．以PCB為研究對(duì)象，通過對(duì)返廠維修產(chǎn)品的檢測(cè)和切片等實(shí)驗(yàn)，研究PCB的失效模式。
　　研究結(jié)果表明：

3、　　1．溫度為0-100?C的ATC實(shí)驗(yàn)和有限元仿真都被用于TSOP無鉛焊點(diǎn)電子封裝的研究。在加速熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)（ATC）1000，1250，1500循環(huán)后，功能測(cè)試檢測(cè)到樣品的失效。做失效分析實(shí)驗(yàn)，包括光學(xué)顯微鏡觀察、切片實(shí)驗(yàn)、電子掃描顯微鏡觀察。由于熱膨脹系數(shù)的不同，導(dǎo)致了焊點(diǎn)的開裂，電性失效。有限元模擬驗(yàn)證了應(yīng)力集中在焊點(diǎn)處，導(dǎo)致了在熱循環(huán)后的焊點(diǎn)的開裂。有限元模擬計(jì)算出的TSOP的疲勞壽命為3181循環(huán)，比實(shí)際ATC實(shí)驗(yàn)得出的壽命較

4、大。
　　2．通過不同溫度循環(huán)的引腳的拉拔實(shí)驗(yàn)，得出失效模式有焊點(diǎn)被拉開和焊盤被拉開兩種方式，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著溫度循環(huán)數(shù)的增加，平均拉拔力減小，且溫差越大拉拔力減小的速率越快。
　　3．通過兩種ATC實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，同等溫度循環(huán)數(shù)下，焊點(diǎn)在-40?C到125?C的溫度循環(huán)下，開裂嚴(yán)重，溫度對(duì)焊點(diǎn)的影響是很嚴(yán)重的。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的失效模式包括，焊盤底部樹脂開裂、焊點(diǎn)開裂、焊點(diǎn)嚴(yán)重收縮等。
　　4．用掃描電子顯微鏡觀察焊點(diǎn)的金屬間化

5、合物（IMC）的厚度，發(fā)現(xiàn)IMC的厚度隨溫度循環(huán)的增加呈增大趨勢(shì)，而且溫差越大IMC的厚度增加的越快。
　　5．研究三種 PCB失效，通孔開裂，PCB焊盤底部樹脂開裂，刻蝕不足，用返廠維修PCBA典型的例子驗(yàn)證了失效分析和可靠性測(cè)試的必要性。
　　6．由于高密度的封裝，電鍍質(zhì)量的薄弱和銅腐蝕導(dǎo)致了通孔開裂，使返廠維修率很高。由于鉆孔工藝表面不光滑，電鍍銅的厚度沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，通孔內(nèi)的化學(xué)殘留物和銅反應(yīng)，腐蝕鍍銅。因此，開裂從最