跌落碰撞下SMT無鉛焊點可靠性理論與實驗研究.pdf

1、表面貼裝技術(shù)(Surface mount technology，簡稱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，簡稱PCB)或陶瓷基板表面。在SMT中，焊點起電氣連接與機械連接的雙重作用，SMT焊點的可靠性是人們長期關(guān)注的最關(guān)鍵問題之一。近年來，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)品在運輸或使用過程中，經(jīng)常會因為不慎跌落、沖擊等外力影響造成板

2、級連接的失效；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，然而，隨著人類環(huán)保意識的不斷增強，電子工業(yè)的“無鉛化”已成為必然要求。因此，研究跌落碰撞下SMT無鉛焊點的可靠性不僅有重要的理論意義而且具有重大的實際應(yīng)用價值。 本文選取目前在便攜式電子產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用的BGA(Ballgridarray，簡稱BGA)封裝無鉛焊點在跌落碰撞下可靠性為研究內(nèi)容，尋找跌落碰撞下板級連接SMT無鉛焊點失效規(guī)律與提高焊點可靠性為研究目標(biāo)

3、，開展了一系列試驗與理論研究，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壽命的可靠性測試與可靠度評估方法。主要研究過程與方法如下： 1.針對JEDEC標(biāo)準(zhǔn)試件的局限性，提出了設(shè)計便于統(tǒng)計學(xué)研究焊點可靠性的試驗試件的構(gòu)想，利用有限元模態(tài)分析方法確定并驗證了用圓形PCB組件替代JEDEC標(biāo)準(zhǔn)試件的可行性；通過一系列模態(tài)試驗和有限元模態(tài)分析，確定了圓形PCB組件的相關(guān)試驗參數(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，而且為正確地評價跌落碰撞下PCB組件的可靠性問題奠定了基礎(chǔ)。 2.進行SMT無鉛焊點板級跌落試驗并通過對試驗結(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，其失效機理是機械沖擊和PCB往復(fù)彎曲導(dǎo)致的，驗證了跌落碰撞試驗中用圓形PCB組件替代JEDEC標(biāo)準(zhǔn)試件的可行性，為改進JEDEC跌落測試標(biāo)準(zhǔn)提供了試驗

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，運用隱式動態(tài)分析法對跌落碰撞下圓形PCB組件與JEDEC標(biāo)準(zhǔn)試件進行有限元模擬，兩者模擬結(jié)果與跌落試驗金相分析結(jié)果吻合，進一步驗證了用圓形PCB組件替代JEDEC標(biāo)準(zhǔn)試件的合理可行性。 4.建立兩種焊點壽命預(yù)測模型：一是基于跌落試驗，用威布爾分布建立不同跌落高度下BGA封裝無鉛焊點壽命預(yù)測模型；二是基于跌落試驗與有限元模擬結(jié)果，用Power原理建立一個將最大拉應(yīng)力