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2.2焊点材料
除了上下基板材料热膨胀系数不匹配的问题,焊点材料的不同对于焊球在热循环中的失效情况也有很大影响。焊点球体主要为以Sn为主的合金材料。如Sn Pb合金、Sn Ag合金等。
早期使用的焊球材料为Sn Pb合金,这主要是由于在锡铅作为主流BGA封装焊接材料的时代,国内外焊料组成成分有统一的规格,即Sn63,基于这种焊料的焊接机理、工艺参数是统一的,焊球接触部位IMC也很单调。此外,锡铅焊料弹塑性质良好,在恶劣的工作条件下更能凸显出这种材料的优点。
而无铅焊料种类繁多,不同种类的焊接材料,由于成分的差异,造成熔点不同,热膨胀系数的不同,所受热应力及表面张力不同,焊料热膨胀系数存在差异。由于焊料与界面、焊点的应力差异,这些都会影响焊点耐受性,即便是锡银合金类无铅焊料,由于含Ag量不同,产生的IMC界面形态不同,含Ag量越高,IMC界面AgSn3含量越高,因此其抗热循环、应力的能力弱,焊点容易产生裂纹。早期由于热循环温差小(<l00℃),SNAG305抗热循环的能力并不弱,甚至优于锡银合金焊料。当循环温差增至165℃时,SNAG305抗热循环能力就明显不如Sn-Pb焊料。
2.3疲劳分析简述
疲劳是指结构在低于静态极限强度载荷的重复载荷作用下,出现断裂破坏现象。
导致疲劳破坏的主要因素如下:
(1)载荷的循环次数;
(2)每一个循环的应力值
(3)每一个循环的平均应力
(4)存在局部应力集中现象
真正的疲劳计算要考虑所有这些因素,因为在预测其生命周期时,它计算某个部件的“消耗”是如何形成的。
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