PCB科技 - 電路板焊點强度的老化和劣化

焊接接頭强度的老化和劣化 電路板

1 Aging of solder joints
After the welding is completed, 焊點主要合金的結晶結構不穩定. It will gradually increase with time to reduce the internal stress caused by many boundaries (usually the boundary is a concentration of impurities, 高能, and stable Degree is very poor). 即使在室溫下, 實際超過了普通共晶合金所需的再結晶溫度. 隨著晶粒尺寸變大，邊界變小, 邊界中的雜質濃度也相對升高. 一旦焊點的疲勞壽命消耗了25%, 邊界上會有微孔. 當疲勞壽命消耗40%, 它將進一步惡化，並產生微裂紋, 導致焊點變弱.

第二, the mismatch of CTE
Once the three members (pins, 焊料, pads) are welded with a large CTE-mismatch drop in the overall thermal expansion coefficient, 焊點强度的劣化將加速, 例如：陶瓷BGA本身的熱膨脹係數為2ppm/ 攝氏度, But the CTE of the FR-4電路板 為14 ppm/ 攝氏度, 而且兩者之間的焊接强度不容易很好. 下圖顯示了兩個明顯的示例. 至於局部的熱膨脹係數不匹配也經常發生, 例如17 ppm/銅為攝氏度, 18 ppm/陶瓷為攝氏度, 和20 ppm/合金42°C, 但是，上述整體失配的影響當然略小. 有時甚至是非常同質的Sn63/Pb37固有的熱膨脹係數不匹配為6 ppm/ degree Celsius in the multi-tin area and multi-lead area (between the two).

3、故障模式示例

(1) Cold welding

Refers to the solder paste on the 印刷電路板 由於回流過程中熱量不足，未與球完全熔合的球脚下方. 此時, 球面外觀粗糙、顆粒狀, 同時也會出現縮頸現象. 通常, 腹部底部的內球更可能是冷焊的.

（2）焊盤本身不粘錫

這意味著電路板BGA區域中的球墊表面被异物污染，囙此焊膏不能與底墊發生焊接反應。 當錫不能被吃掉時，錫膏熔化並被球脚吸走，形成開路。 然而，這種現象有時可能是由承載板和吊腳彎曲引起的。 當ENIG用作印刷電路板的背襯面時，如果其中的鎳層有黑色墊子的症狀，則會出現同樣的不良情况。

（3），丟球

指BGA組件之前的故障, 在下游組裝和焊接期間重新加熱, 被外力從頸部拉開, 這是由熱機械應力引起的. 然而, 的腳墊 印刷電路板板 are often soldered well and are rarely missing.

（4）失球

在將球放置在承載板上的過程中，球的底部沒有牢固地放置，或者球隨後被外力擊打而失球。 這種缺點在X射線或系統或電路測試（ICT）中很容易發現，但如果僅用於散熱或公共接地，則與內球無關，這是另一回事。

(5) Carrier board' bend and warp

事實上，無鉛焊接的熱量在未來將大大新增。 大型印刷電路板不僅會彎曲和翹曲，甚至有機載體板本身也無法逃脫翹曲變形，還會迫使腹部球脚隨高度波動，如下圖所示。 供編輯補充解釋。

儘管載體板的板由Tg180 BT樹脂製成，但它與內封裝中包含的晶片的熱膨脹係數（CTE）有很大不同； 囙此，當接觸過多無鉛熱時，載體板會异常彎曲，導致球脚的四個角出現拉長或懸脚懸空。 即使焊接很牢固，由於應力和伸長，焊接接觸面積也會减少，强度也會不足，使得設計師甚至不敢將球銷1/0放置在四個角。 大型BGA最容易出現這種異常現象。

(6) Damage from external mechanical forces

The 電路板 在裝配或測試過程中經常遭受意外損壞, 當BGA變得非常大時, 在測試過程中也會對球造成創傷, 這將影響後續焊點的强度. 即使在 電路板裝配已組裝, 它仍然會受到外力的意外衝擊, 有時甚至是 印刷電路板 表面被用力拉起並漂浮. 為了安全起見, 可以使用四個角上的底膠或附加角膠作為保證, 甚至可以新增角墊的面積或改為橢圓形長墊. 然而, 因為設計師只會使用現成的商務軟體, 所以法律不容易實施.

（7）焊接熱不足

當球在腹部底部吸收的熱量不足時，球本身無法融化成液態，囙此無法與錫膏癒合，其形狀將難以顯示正常扁平和矮化的正常狀態。 下圖是一個典型示例。