焊点的失效模式有哪些 (1)
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焊点的失效模式有哪些 (1)
半导体行业发展迅速，对封装焊料提出了更高的要求。一旦焊接后焊点失效，会造成大规模的经济损失。焊料在完成回流焊接后会受到各种因素影响而导致焊点失效。本文主要讨论焊点失效模式之一的晶界滑动。首先要了解什么是晶粒和晶界。晶粒是在许多材料的冷却（结晶）过程中形成的。金属的一个非常重要的特征是晶粒的平均尺寸。晶粒的大小决定了金属的性质。晶界是指将其与其他晶粒分开的晶粒的外部区域。晶界将晶体结构相同的不同取向的晶体区域（多晶）分开。晶界很好制止了错位扩散，较小的晶粒对提高机械强度起到增强作用。
晶界滑动介绍
晶界滑动是一种晶粒相互移动，是由于高温下晶界或与晶界相邻的晶格区域出现剪切位移，可视为蠕变过程出现的变形机理。晶界滑动会在晶界处生成应力，并使该处出现楔形裂纹。如图1所示，对使用Sn3.8Ag0.7Cu焊料组装的片式电阻器进行了老化和加速热循环 (ATC)。在热机械疲劳的早期阶段，孔隙和楔形微裂纹优先发生在晶界处和基体/金属间化合物的分界面 (Zbrzeznya et al., 2004)。它们只出现在焊点的高应力区域。随着循环变形的进行，这些小裂纹最终由一个晶间裂纹或多个裂纹连接起来。
图1：焊料晶粒ATC结果和晶间裂纹扩散
下图是剪应力/应变率图，显示了晶界滑动对晶粒变形的影响。可以发现，当剪切应力很小的时候，晶界滑动数值相当大。在达到过渡区后，晶界滑动随剪切应力的增大而迅速减小 (Zhang, 2010)。因此可得晶界滑动程度与剪切应力成反比。
图2：剪应力/应变率图，显示了晶界滑动对晶粒变形的影响
随着焊点的长期使用，疲劳程度逐渐加。在焊点疲劳和蠕变的相互作用下，SAC焊点的可靠性下降并可能导致失效。
参考文献
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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