跌落碰撞下SMT無(wú)鉛焊點(diǎn)可靠性理論與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、表面貼裝技術(shù)(Surface mount technology，簡(jiǎn)稱SMT)是一種高密度、高可靠性的微電子組裝技術(shù)，該技術(shù)是將電子元器件直接焊接到印刷電路板(Primedcircuitboard，簡(jiǎn)稱PCB)或陶瓷基板表面。在SMT中，焊點(diǎn)起電氣連接與機(jī)械連接的雙重作用，SMT焊點(diǎn)的可靠性是人們長(zhǎng)期關(guān)注的最關(guān)鍵問(wèn)題之一。近年來(lái)，電子產(chǎn)品向著小型化、便攜式的方向發(fā)展，這些電子產(chǎn)品在運(yùn)輸或使用過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)因?yàn)椴簧鞯?、沖擊等外力影響造成板

2、級(jí)連接的失效；鉛由于其良好的焊接特性，被廣泛用于電子工業(yè)的SMT焊點(diǎn)，然而，隨著人類環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)，電子工業(yè)的“無(wú)鉛化”已成為必然要求。因此，研究跌落碰撞下SMT無(wú)鉛焊點(diǎn)的可靠性不僅有重要的理論意義而且具有重大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 本文選取目前在便攜式電子產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用的BGA(Ballgridarray，簡(jiǎn)稱BGA)封裝無(wú)鉛焊點(diǎn)在跌落碰撞下可靠性為研究?jī)?nèi)容，尋找跌落碰撞下板級(jí)連接SMT無(wú)鉛焊點(diǎn)失效規(guī)律與提高焊點(diǎn)可靠性為研究目標(biāo)

3、，開(kāi)展了一系列試驗(yàn)與理論研究，發(fā)展了一種全新的面向工程應(yīng)用的研究跌落碰撞下焊點(diǎn)壽命的可靠性測(cè)試與可靠度評(píng)估方法。主要研究過(guò)程與方法如下： 1.針對(duì)JEDEC標(biāo)準(zhǔn)試件的局限性，提出了設(shè)計(jì)便于統(tǒng)計(jì)學(xué)研究焊點(diǎn)可靠性的試驗(yàn)試件的構(gòu)想，利用有限元模態(tài)分析方法確定并驗(yàn)證了用圓形PCB組件替代JEDEC標(biāo)準(zhǔn)試件的可行性；通過(guò)一系列模態(tài)試驗(yàn)和有限元模態(tài)分析，確定了圓形PCB組件的相關(guān)試驗(yàn)參數(shù)，這不僅為跌落碰撞下PCB組件有限元模擬確定了較為合理

4、準(zhǔn)確的有限元模型，而且為正確地評(píng)價(jià)跌落碰撞下PCB組件的可靠性問(wèn)題奠定了基礎(chǔ)。 2.進(jìn)行SMT無(wú)鉛焊點(diǎn)板級(jí)跌落試驗(yàn)并通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果分析得出結(jié)論：跌落碰撞下PCB組件上BGA封裝外圍拐角處焊點(diǎn)最先失效，且失效部位為靠近封裝一側(cè)的Ni/IMC界面處，從斷口剖面分析其失效模式為脆性斷裂，其失效機(jī)理是機(jī)械沖擊和PCB往復(fù)彎曲導(dǎo)致的，驗(yàn)證了跌落碰撞試驗(yàn)中用圓形PCB組件替代JEDEC標(biāo)準(zhǔn)試件的可行性，為改進(jìn)JEDEC跌落測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)提供了試驗(yàn)

5、依據(jù)。 3.建立了正確有效的圓形PCB組件三維有限元模型，運(yùn)用隱式動(dòng)態(tài)分析法對(duì)跌落碰撞下圓形PCB組件與JEDEC標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行有限元模擬，兩者模擬結(jié)果與跌落試驗(yàn)金相分析結(jié)果吻合，進(jìn)一步驗(yàn)證了用圓形PCB組件替代JEDEC標(biāo)準(zhǔn)試件的合理可行性。 4.建立兩種焊點(diǎn)壽命預(yù)測(cè)模型：一是基于跌落試驗(yàn)，用威布爾分布建立不同跌落高度下BGA封裝無(wú)鉛焊點(diǎn)壽命預(yù)測(cè)模型；二是基于跌落試驗(yàn)與有限元模擬結(jié)果，用Power原理建立一個(gè)將最大拉應(yīng)力