焊點(diǎn)的失效模式有哪些 (1)
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焊點(diǎn)的失效模式有哪些 (1)
半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展迅速，對(duì)封裝焊料提出了更高的要求。一旦焊接后焊點(diǎn)失效，會(huì)造成大規(guī)模的經(jīng)濟(jì)損失。焊料在完成回流焊接后會(huì)受到各種因素影響而導(dǎo)致焊點(diǎn)失效。本文主要討論焊點(diǎn)失效模式之一的晶界滑動(dòng)。首先要了解什么是晶粒和晶界。晶粒是在許多材料的冷卻（結(jié)晶）過(guò)程中形成的。金屬的一個(gè)非常重要的特征是晶粒的平均尺寸。晶粒的大小決定了金屬的性質(zhì)。晶界是指將其與其他晶粒分開(kāi)的晶粒的外部區(qū)域。晶界將晶體結(jié)構(gòu)相同的不同取向的晶體區(qū)域（多晶）分開(kāi)。晶界很好制止了錯(cuò)位擴(kuò)散，較小的晶粒對(duì)提高機(jī)械強(qiáng)度起到增強(qiáng)作用。
晶界滑動(dòng)介紹
晶界滑動(dòng)是一種晶粒相互移動(dòng)，是由于高溫下晶界或與晶界相鄰的晶格區(qū)域出現(xiàn)剪切位移，可視為蠕變過(guò)程出現(xiàn)的變形機(jī)理。晶界滑動(dòng)會(huì)在晶界處生成應(yīng)力，并使該處出現(xiàn)楔形裂紋。如圖1所示，對(duì)使用Sn3.8Ag0.7Cu焊料組裝的片式電阻器進(jìn)行了老化和加速熱循環(huán) (ATC)。在熱機(jī)械疲勞的早期階段，孔隙和楔形微裂紋優(yōu)先發(fā)生在晶界處和基體/金屬間化合物的分界面 (Zbrzeznya et al., 2004)。它們只出現(xiàn)在焊點(diǎn)的高應(yīng)力區(qū)域。隨著循環(huán)變形的進(jìn)行，這些小裂紋最終由一個(gè)晶間裂紋或多個(gè)裂紋連接起來(lái)。
圖1：焊料晶粒ATC結(jié)果和晶間裂紋擴(kuò)散
下圖是剪應(yīng)力/應(yīng)變率圖，顯示了晶界滑動(dòng)對(duì)晶粒變形的影響?？梢园l(fā)現(xiàn)，當(dāng)剪切應(yīng)力很小的時(shí)候，晶界滑動(dòng)數(shù)值相當(dāng)大。在達(dá)到過(guò)渡區(qū)后，晶界滑動(dòng)隨剪切應(yīng)力的增大而迅速減小 (Zhang, 2010)。因此可得晶界滑動(dòng)程度與剪切應(yīng)力成反比。
圖2：剪應(yīng)力/應(yīng)變率圖，顯示了晶界滑動(dòng)對(duì)晶粒變形的影響
隨著焊點(diǎn)的長(zhǎng)期使用，疲勞程度逐漸加。在焊點(diǎn)疲勞和蠕變的相互作用下，SAC焊點(diǎn)的可靠性下降并可能導(dǎo)致失效。
參考文獻(xiàn)
Zbrzeznya, A.R., Snugovskya, P., & Perovicb, D.D. (2004), “Reliability of Lead-Free Chip Resistor Solder Joints Assembled on Boards with Different Finishes Using Different Reflow Cooling Rates”, IPC/JEDEC 5th International Conference on Lead Free Electronic Components and Assemblies.
Zhang, J.S. (2010), “Mechanisms of Grain Boundary Sliding”, High Temperature Deformation and Fracture of Materials, pp.172-181.
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