焊點的失效模式有哪些 (1)
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焊點的失效模式有哪些 (1)
半導體行業發展迅速，對封裝焊料提出了更高的要求。一旦焊接后焊點失效，會造成大規模的經濟損失。焊料在完成回流焊接后會受到各種因素影響而導致焊點失效。本文主要討論焊點失效模式之一的晶界滑動。首先要了解什么是晶粒和晶界。晶粒是在許多材料的冷卻（結晶）過程中形成的。金屬的一個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。晶界是指將其與其他晶粒分開的晶粒的外部區域。晶界將晶體結構相同的不同取向的晶體區域（多晶）分開。晶界很好制止了錯位擴散，較小的晶粒對提高機械強度起到增強作用。
晶界滑動介紹
晶界滑動是一種晶粒相互移動，是由于高溫下晶界或與晶界相鄰的晶格區域出現剪切位移，可視為蠕變過程出現的變形機理。晶界滑動會在晶界處生成應力，并使該處出現楔形裂紋。如圖1所示，對使用Sn3.8Ag0.7Cu焊料組裝的片式電阻器進行了老化和加速熱循環 (ATC)。在熱機械疲勞的早期階段，孔隙和楔形微裂紋優先發生在晶界處和基體/金屬間化合物的分界面 (Zbrzeznya et al., 2004)。它們只出現在焊點的高應力區域。隨著循環變形的進行，這些小裂紋最終由一個晶間裂紋或多個裂紋連接起來。
圖1：焊料晶粒ATC結果和晶間裂紋擴散
下圖是剪應力/應變率圖，顯示了晶界滑動對晶粒變形的影響。可以發現，當剪切應力很小的時候，晶界滑動數值相當大。在達到過渡區后，晶界滑動隨剪切應力的增大而迅速減小 (Zhang, 2010)。因此可得晶界滑動程度與剪切應力成反比。
圖2：剪應力/應變率圖，顯示了晶界滑動對晶粒變形的影響
隨著焊點的長期使用，疲勞程度逐漸加。在焊點疲勞和蠕變的相互作用下，SAC焊點的可靠性下降并可能導致失效。
參考文獻
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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