基于可靠性測試的PCBA的失效機理及數(shù)值模擬研究.pdf

1、可靠性實驗是在產(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，對改進生產(chǎn)工藝、來料質(zhì)量、設(shè)計等具有十分重要的意義。
　　本文針對電子產(chǎn)品組裝印制電路板（PCBA）級的可靠性測試，以球珊陣列封裝（BGA）、微型薄片式封裝（TSOP）、印制電路板（PCB）為研究對象，通過不同的加速熱循環(huán)可靠性實驗的對比，研究了無鉛焊點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為研究對象，通過切片實驗、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理，并用有限元模擬研究焊點的疲勞壽命。
　　2．以BGA為研究對象，通過對比不同的加速熱循環(huán)（ATC）實驗和切片實驗、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為研究對象，通過對返廠維修產(chǎn)品的檢測和切片等實驗，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實驗和有限元仿真都被用于TSOP無鉛焊點電子封裝的研究。在加速熱循環(huán)實驗（ATC）1000，1250，1500循環(huán)后，功能測試檢測到樣品的失效。做失效分析實驗，包括光學(xué)顯微鏡觀察、切片實驗、電子掃描顯微鏡觀察。由于熱膨脹系數(shù)的不同，導(dǎo)致了焊點的開裂，電性失效。有限元模擬驗證了應(yīng)力集中在焊點處，導(dǎo)致了在熱循環(huán)后的焊點的開裂。有限元模擬計算出的TSOP的疲勞壽命為3181循環(huán)，比實際ATC實驗得出的壽命較

4、大。
　　2．通過不同溫度循環(huán)的引腳的拉拔實驗，得出失效模式有焊點被拉開和焊盤被拉開兩種方式，實驗發(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實驗發(fā)現(xiàn)，同等溫度循環(huán)數(shù)下，焊點在-40?C到125?C的溫度循環(huán)下，開裂嚴重，溫度對焊點的影響是很嚴重的。通過實驗發(fā)現(xiàn)的失效模式包括，焊盤底部樹脂開裂、焊點開裂、焊點嚴重收縮等。
　　4．用掃描電子顯微鏡觀察焊點的金屬間化

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，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典型的例子驗證了失效分析和可靠性測試的必要性。
　　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到標準，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