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浅析BGA混装工艺条件下应力断裂

时间:2021-04-01 14:10:10来源:本站浏览次数:216

    在smt贴片深圳工厂里,进行着PCBA贴片代加工的工作,但是遇到了一个棘手问题,BGA混装工艺条件下发生应力断裂,这个问题要如何去解决呢?今天我们一起来分析一下...

smt贴片深圳工厂里,进行着PCBA贴片代加工的工作,但是遇到了一个棘手问题,BGA混装工艺条件下发生应力断裂,这个问题要如何去解决呢?今天我们一起来分析一下。

应力断裂的特征:

作用在焊点上的应力,无非机械应力和热应力。机械引力,是指物体受到外力而变形时,在其内因各部分之间相互作用而产生的应力。热应力,指温度改变时,物体由于外在约束以及内部各部分之间的互相约束结束,使其不能完全自由膨胀而产生的应力。它们产生的应力有所不同,一般机械应力为拉应力(PCB变形驱动),而热应力为剪切应力。但不管哪类应力,对焊点的破坏机理都是一样的,即作用在焊点上的应力超过了焊点所能承受的能力而断开,如下图所示,

 

BGA焊点的应力断裂有三种失效模式,即脆性断裂、塑形断裂和坑裂。其中,脆性断裂较常见,一般发生在BGA侧IMC与焊盘界面,典型的特征就是断裂平面滑并呈砂质特征,如下图所示。

 

原因分析:

有钎焊点内只有锡和铅的合金相(固溶体),焊点呈软的状态,如下图所示。焊点如果受到应力,一般会直接被吸收。

无铅焊点中的合金相增加了焊点的屈服强度,但却降低了塑性,如下图所示。焊点受到应力无法吸收,被直接传递到界面IMC层,这样,IMC成为影响可靠性的关键因素。

 

之所以在大多数时,裂纹发生在BGA侧IMC界面,是因为BGA侧界面的IMC通常比较厚。BGA植球工艺本身就是一次再流焊接过程,而且往往使用的焊接温度更高、时间更长,在焊接到PCB上时,已经属于第二次焊接了。

这里需要指出,无铅工艺条件下,由于焊接温度比有铅工艺更高,时间更长,因而IMC的厚度相对更厚。再加上无铅焊点比较硬的原因,使得无铅焊点比较容易因应力而断裂。

还有一点是必须要指出的,如果混装焊接峰值温度在217℃以上且焊接时间超过45s,则混装BGA焊点的抗应力能力将恶化。如果217℃以上焊接时间超过60s,焊点的抗应力能力将严重恶化,这是BGA侧IMC发展成不连续、块状化的结果,如下图所示。这种IMC的抗拉、抗剪强度相比正常焊点的的IMC低20%以上,在生产周转、装配过程中,容易因操作应力而开裂甚至掉落。


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