PCB-Neuigkeiten - PCB Fabrik: SMT Lötgelenk Ermüdungsfehler Mechanismus Analyse

LeiterplattenfabrikAnalyse des Ermüdungsmechanismus der SMT-Lötstelle

Da die Montagedichte elektronischer Produkte immer höher wird, wird die Größe der Lötstellen, die die mechanischen und elektrischen Verbindungsfunktionen übernehmen, immer kleiner, und der Ausfall einer Lötstelle kann den Gesamtausfall des Geräts und sogar des Systems verursachen. Daher ist die Zuverlässigkeit von Lötstellen einer der Schlüssel zur Zuverlässigkeit elektronischer Produkte. In der Praxis wird das Versagen von Lötstellen meist durch das Zusammenspiel verschiedener komplexer Faktoren verursacht. Unterschiedliche Einsatzumgebungen haben unterschiedliche Fehlermechanismen. Die wichtigsten Versagensmechanismen von Lötstellen umfassen thermisches Versagen, mechanisches Versagen und elektrochemisches Versagen.

Thermisch induzierte Ausfälle sind hauptsächlich Ermüdungsfehler, die durch thermische Zyklen und thermische Schocks verursacht werden, und Ausfälle durch hohe Temperaturen sind ebenfalls enthalten. Aufgrund der Diskrepanz des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen Oberflächenbauteilen, PCB und Löt, wenn sich die Umgebungstemperatur ändert oder wenn sich die Leistung des Bauteils selbst erwärmt, weil die Wärmeausdehnungskoeffizienten der Bauteile und des Substrats inkonsistent sind, Die Lötstellen erzeugen thermische Spannung und Spannung. Die periodischen Veränderungen der Lötstellen führen zu thermischem Ermüdungsausfall. Der Hauptverformungsmechanismus des thermischen Ermüdungsausfalls ist Kriechen. Wenn die Temperatur die Hälfte der Ofentemperatur überschreitet, Kriechen wird zu einem wichtigen Verformungsmechanismus. Für Zinn-Blei-Lötstellen, auch bei Raumtemperatur, die Hälfte der Schmelzpunkttemperatur überschritten hat, So wird Kriechen der wichtigste thermische Verformungsermüdungsmechanismus während des thermischen Zyklus.

Verglichen mit dem thermischen Zyklus wird der Ausfall verursacht durch den thermischen Schock durch die große zusätzliche Spannung verursacht, die durch die unterschiedliche Temperaturanstiegsgeschwindigkeit und Kühlrate zum Bauteil verursacht wird. Während des thermischen Zyklus kann davon ausgegangen werden, dass die Temperatur jedes Teils der Komponente genau gleich ist; und unter thermischen Schockbedingungen, aufgrund verschiedener Faktoren wie spezifischer Hitze, Qualität, Struktur und Heizmethode, ist die Temperatur jedes Teils des Bauteils unterschiedlich, was zu einer zusätzlichen thermischen Belastung führt. Thermischer Schock kann viele Zuverlässigkeitsprobleme verursachen, wie Schweißfleckenermüdung während Überlastung und Risse in der Beschichtung, die zu Korrosionsversagen und Bauteilversagen führen. Ein thermischer Schock kann auch zu Ausfallmodi führen, die während des langsamen thermischen Zyklus nicht aufgetreten sind.

Mechanischer Ausfall bezieht sich hauptsächlich auf Überlast- und Schlagalterung, die durch mechanischen Schock verursacht wird, und mechanische Ermüdungsfehler verursacht durch mechanische Vibrationen. Wenn die Leiterplattenkomponente Biegen, Schütteln oder anderen Belastungen ausgesetzt ist, kann dies dazu führen, dass die Lötstelle versagt. Wenn die Leiterplattenkomponente Biegen, Schütteln oder anderen Belastungen ausgesetzt ist, kann dies dazu führen, dass die Lötstelle versagt. Generell sind immer kleinere Lötstellen das schwächste Glied im Bauteil. Wenn es jedoch Komponenten mit flexiblen Strukturen wie Stiften mit der Leiterplatte verbindet, da die Stifte einen Teil der Spannung absorbieren können, werden die Lötstellen nicht viel Stress tragen. Bei der Montage bleifreier Komponenten, insbesondere bei großflächigen BGA-Geräten, wenn die Komponenten mechanischen Stößen ausgesetzt sind, wie Fallen und Leiterplatten, die in den nachfolgenden Ausrüstungs- und Prüfverfahren stärkeren Stößen und Biegungen unterzogen werden, sind die Komponenten selbst jedoch relativ stark, und die Lötstellen werden größere Belastungen tragen.

Besonders für tragbare elektronische Produkte mit bleifreiem Löten sind sie aufgrund ihrer geringen Größe, ihres geringen Gewichts und des einfachen Rutschens wahrscheinlicher, dass sie während des Gebrauchs kollidieren und fallen, und bleifreies Löten ist höher als herkömmliches Blei-Zinn-Löten. Elastisches Modul und andere verschiedene physikalische und mechanische Eigenschaften machen die Beständigkeit bleifreier Lötstellen, um mechanische Auswirkungen zu reduzieren. Daher sollte auf die Zuverlässigkeit bleifreier tragbarer elektronischer Produkte und die Ausfallsicherheit geachtet werden. Wenn das Schweißteil wiederholter mechanischer Belastung durch Vibrationen ausgesetzt wird, verursacht es den Ermüdungsausfall der Lötstelle. Selbst wenn diese Spannung viel niedriger als die Streckgrenze ist, kann es zu einer Ermüdung des Metallmaterials kommen. Nach einer großen Anzahl kleiner Amplitude, Hochfrequenzschwingungszyklen tritt ein Erschütterungsermüdungsausfall auf. Obwohl die Beschädigung der Lötstellen für jeden Vibrationszyklus gering ist, treten nach vielen Zyklen Risse an den Lötstellen auf. Mit der Zeit verbreiten sich Risse mit der Zunahme der Anzahl der Zyklen. Dieses Phänomen ist für Lötstellen bleifreier Bauteile gravierender.

Elektrochemisches Versagen bezieht sich auf Versagen verursacht durch elektrochemische Reaktion unter bestimmten Temperaturen, Feuchtigkeits- und Bias-Bedingungen. Die Hauptformen des elektrochemischen Versagens sind: Brückenbildung durch leitfähige Ionen verursachte Schadstoffe, Dendrit-Wachstum, Wachstum von leitfähigen Anodenfilamenten und Zinnhaare. Ionenreste und Wasserdampf sind die Kernelemente des elektrochemischen Versagens. Die leitfähigen ionischen Verunreinigungen verbleiben auf der PCB kann Brückenbildung zwischen Lötstellen verursachen, besonders in feuchter Umgebung. Ionische Rückstände können Metall- und Isolierflächen überqueren. Verschieben, um einen Kurzschluss zu bilden. Ionische Schadstoffe können auf vielfältige Weise erzeugt werden, einschließlich Leiterplattenherstellung Lötpaste und Flussmittelrückstände verarbeiten, Manueller Umgang mit Verschmutzung und Luftschadstoffen. Unter dem kombinierten Einfluss von Wasserdampf und Niederstrom DC Bias, Metallmigration von einem Leiter zum anderen durch Elektrolyse führt dazu, dass Metalldendriten wachsen, die wie Äste und Farne aussehen. Die Migration von Silber ist die häufigste. Kupfer, Zinn, und Blei sind auch anfällig für Dendrit Wachstum, aber sie sind langsamer als Silber Dendrit Wachstum. Wie das Wachstum anderer Metalle, Dieser Ausfallmechanismus kann Kurzschlüsse verursachen, Leckage und andere elektrische Ausfälle. Das Wachstum von leitfähigen Anodenfilamenten ist ein Sonderfall des Dendrit-Wachstums. Der Transport von Ionen über den Isolator und zwischen mehreren Leitern verursacht das Wachstum von Metallfilamenten auf der Oberfläche des Isolators, die Kurzschlüsse in benachbarten leitfähigen Leitungen verursachen können. Zinnhaar bezieht sich auf die Tatsache, dass einige schnurrharhaare Zinneinkristalle unter dem Einfluss von Maschinen auf der Oberfläche der Verzinnungsschicht wachsen, Feuchtigkeit und Umgebung bei Langzeitlagerung und Nutzung des Gerätes, dessen Hauptbestandteil Zinn ist. Weil Zinnhaar mehrere typische schwere Unfälle verursacht hat, wie Luft- und Raumfahrt und Luftfahrt, es hat breite Aufmerksamkeit erhalten.