板厚影响通孔再流焊点抗热疲劳性能试验結果

一、表面状态观测

图1所示为薄板(1.S mm)焊点与厚板((2.5 mm)焊点在1000周循环后表面状态观测结果。可以看出，厚板的表面裂纹明显大于薄板。

二、静态电阻测试

图2为循环1 100周后焊点的阻值变化曲线，其中左(右)曲线为同一规格焊点PCB左(右)侧4点回路的阻值变化。阻值变化的允许范围没有明确规定(.GA焊点的阻值变化允许范围在10%以内)，但从图中可见两种板厚的焊点阻值变化相差不大。也就是说，从电信号传输角度看，再流焊点的可靠性是满足要求的。

三、疲劳后强度测试

图3为1 000周循环后，试样点经过拉伸测试后得到的结果。可以看出，1 000周热循环后，焊点强度值大大降低了。而厚板焊点强度下降更为剧烈，受热疲劳影响大。这样的强度是否符合要求，还没有明确规定(根据实际经验，SMI叫焊点循环后，强度允许值为循环前的50%以上)。而产生这样的结果主要是因为，热疲劳后，焊点产生较大裂纹，严重影响了抗拉强度值。

四、金相剖面分析

为了观察焊点的显微结构，将单个器件连同焊点从PCB上用Jean Wirtz切割机锯下来，这样可保证焊点在切割过程中受到的影响很小，不会对其造成伤害，然后用环氧树脂冷镶固化制成金相剖样，剖光后用Ops液进行腐蚀，观察焊点的显微结构。图4为器件示意图，表1为材料参数性能表。可见，通孔焊点的热疲劳失效主要是由于PCB树脂基板与镀铜管、SnPb钎料以及铜引针的热膨胀系数(CTE)不匹配造成的。PCB由于各向异性，其纵向的热膨胀系数与器件的其它部分相差更大，引发的CTE失配也就更为显著，它是造成通孔焊点热疲劳的主导因素。在热冲击过程中，较快的温度转变易造成由拉、压应力和蠕变疲劳控制的多轴应力状态。这些应力都可造成焊点失效，表现为断裂、孔洞等。图5、图6分别为厚板、薄板的金相显微剖面，由于裂纹产生的主要原因是纵向PCB与镀铜焊盘、钎料体的CTE失配造成，因此由其产生的应力大小

与板厚有着密切的关系。由图可知，厚板裂纹延伸较长，裂纹大致沿着富Pb/富Sn区边界行走，贴着引针壁扩展，且有严重的镀铜管断裂；而薄板由于CTE失配造成的应力应变相对较小，裂纹扩展明显减轻，但因为钎料量较少的缘故，会发生填充不实而出现空洞。综合来说，薄板裂纹的产生轻于厚板。图7为厚板及薄板放大的显微组织，显然由于应力应变的作用，厚板组织较薄板粗大。http://www.gdzhenghang.net