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印刷電路板工廠：SMT焊點疲勞失效機理分析

隨著電子產品的裝配密度越來越高，承擔機械和電力連接功能的焊點尺寸越來越小，任何焊點的故障都可能導致設備甚至系統的整體故障。 囙此，焊點的可靠性是電子產品可靠性的關鍵之一。 在實踐中，焊點的失效通常是由各種複雜因素的相互作用引起的。 不同的使用環境具有不同的故障機制。 焊點的主要失效機制包括熱失效、機械失效和電化學失效。

熱致失效主要是由熱迴圈和熱衝擊引起的疲勞失效, 高溫引起的故障也包括在內. 由於表面貼裝組件之間的熱膨脹係數不匹配, 印刷電路板 和焊料, 當環境溫度變化或組件本身的功率升高時, 因為組件和基板的熱膨脹係數不一致, 焊點會產生熱應力和應力. 焊點的週期性變化導致熱疲勞失效. 熱疲勞失效的主要變形機制是蠕變. 當溫度超過爐膛溫度的一半時, 蠕變成為一種重要的變形機制. 用於錫鉛焊點, 即使在室溫下, 它已超過熔點溫度的一半, 囙此，蠕變成為熱迴圈過程中主要的熱變形疲勞失效機制.

與熱迴圈相比，熱衝擊引起的失效是由不同的溫昇速率和冷卻速率給部件帶來的較大附加應力引起的。 在熱迴圈過程中，可以認為部件各部分的溫度完全相同； 而在熱衝擊條件下，由於比熱、質量、結構和加熱方法等各種因素，部件各部分的溫度不同，導致額外的熱應力。 熱衝擊會導致許多可靠性問題，例如超載期間的汗點疲勞，以及導致腐蝕失效和部件失效的塗層裂紋。 熱衝擊也可能導致在緩慢熱迴圈期間未發生的故障模式。

機械失效主要是指機械衝擊引起的超載和衝擊老化，以及機械振動引起的機械疲勞失效。 當印刷電路組件受到彎曲、搖晃或其他應力時，可能會導致焊點失效。 當印刷電路組件受到彎曲、搖晃或其他應力時，可能會導致焊點失效。 一般來說，越來越小的焊點是組件中最薄弱的環節。 然而，當它將具有柔性結構的組件（如引脚）連接到印刷電路板時，由於引脚可以吸收部分應力，焊點將不會承受太多應力。 然而，在組裝無鉛組件時，特別是對於大面積BGA器件，當組件受到機械衝擊時，例如在後續設備和測試程式中跌落和印刷電路板受到更大的衝擊和彎曲，組件本身的剛性相對較强，焊點將承受更大的應力。

特別是對於採用無鉛焊接的可擕式電子產品，由於其體積小、重量輕、易滑動，在使用過程中更容易碰撞和掉落，無鉛焊料高於傳統的鉛錫焊料。 彈性模量和其他不同的物理機械特性使無鉛焊點的電阻降低，從而减少機械衝擊。 囙此，應注意無鉛可擕式電子產品的可靠性和跌落衝擊可靠性。 當焊接件受到振動引起的重複機械應力時，會導致焊點疲勞失效。 即使該應力遠低於屈服應力水准，也可能導致金屬材料疲勞。 經過大量小振幅、高頻振動迴圈後，會發生振動疲勞失效。 雖然每個振動週期對焊點的損壞很小，但在多次振動後，焊點處會出現裂紋。 隨著時間的推移，裂紋會隨著迴圈次數的新增而擴展。 對於無鉛部件的焊點，這種現象更為嚴重。

電化學失效是指在一定溫度下由電化學反應引起的失效, 濕度和偏壓條件. 電化學失效的主要形式是：由導電離子污染物引起的橋接, 枝晶生長, 導電陽極絲生長和錫晶須. 離子殘留物和水蒸汽是電化學失效的覈心因素. 殘留在表面的導電離子污染物 印刷電路板 可能導致焊點之間橋接, 尤其是在潮濕的環境中. 離子殘留物可以穿過金屬和絕緣表面. 移動形成短路. 離子污染物可以通過多種方式產生, 包括…在內 印刷電路板製造 加工錫膏和助焊劑殘留物, 人工處理污染和大氣污染物. 在水蒸氣和低電流直流偏壓的聯合影響下, 由於電解，金屬從一個導體遷移到另一個導體，導致看起來像樹枝和蕨類植物的金屬樹突生長. 銀的遷移是最常見的. 銅, 錫, 鉛也容易發生枝晶生長, 但它們比銀枝晶生長慢. 就像其他金屬的增長一樣, 這種故障機制可能導致短路, 洩漏和其他電力故障. 導電陽極絲的生長是枝晶生長的特例. 離子在絕緣體上和多個導體之間的傳輸導致絕緣體表面上金屬絲的生長, 這可能導致相鄰導線短路. 錫晶須是指在機械的影響下，一些晶須狀的錫單晶會生長在鍍錫層的表面, 設備長期儲存和使用期間的濕度和環境, 其主要成分是錫. 因為錫須已經造成了航空航太等幾起典型的重大事故, 它受到了廣泛關注.