热循环

PCB 裂纹对采用单晶焊点的无源微电子元件热循环可靠性的影响

无铅锡基焊点通常具有单晶粒结构，取向随机，且特性高度各向异性。这些合金通常比铅基焊料更硬，因此在热循环期间会向印刷电路板 (PCB) 传递更多的应力。这可能会导致靠近焊点的 PCB 层压板开裂，从而提高 PCB 的柔韧性，减轻焊点的应变，进而延长焊料疲劳寿命。如果在加速热循环期间发生这种情况，可能会导致高估现场条件下焊点的寿命。在本研究中，使用偏光显微镜研究了连接陶瓷电阻器和 PCB 的 SAC305 焊点的晶粒结构，发现其大多为单晶粒。热循环后，在焊点下的 PCB 中观察到裂纹。这些裂纹很可能是在热循环的早期阶段在焊料损坏之前形成的。为了详细研究这些观察结果，我们开发了一种有限元模型，该模型结合了单晶焊点随温度变化的各向异性热性能和机械性能。该模型能够以合理的精度预测 PCB 和陶瓷电阻焊点中损伤起始的位置。它还表明，即使长度非常小的 PCB 裂纹也可能显著降低焊点中累积的蠕变应变和蠕变功。所提出的模型还能够评估焊料各向异性对陶瓷电阻相邻（相对）焊点损伤演变的影响。