中华民 国第四届可靠度与维护度工程技术研讨会.docVIP

無鉛電子產品銲點可靠度分析 李暐 國立交通大學機械研究所固力控制組 摘 要 無鉛電子產品已是未來市場需求的趨勢，銲料由傳統的錫鉛成分轉換成無鉛成分（如錫銀銅合金），造成的主要影響是後者的熔點較高，所以製程溫度也要提高；另外後者也較為硬脆，也會影響到組裝後的可靠度。因為目前並無相關無鉛電子產品的可靠度預估資料庫，所以必須藉由相關可靠度評估測試，來判定無鉛電子產品的可靠度。本文針對無鉛組裝製程之銲點可靠度進行研究，並透過相關的破壞模式分析，對影響無鉛銲點可靠度的可能因素進行探討。 關鍵詞：可靠度，熱應力，格點陣列球形接腳 Lead-Free Board Level Reliability Analysis Wei Li National Chiao Tung University Mechanical Engineering Department ABSTRACT Lead-free electronic products will be the main marketing demand in the early future. The traditional tin-lead solder is replaced by lead-free solder such as tin-silver-copper alloy. The main differences are higher melting point and more brittle of lead-free solder than those of tin-lead solder. These two differences will cause the decreasing of the reliability of the lead-free electronic products. Because there is no lead-free reliability prediction database, so the reliability evaluated tests are needed. The lead-free solder joints reliability made by the lead-free assembly process will be studied in this document. And the failure modes will be analyzed and discussed to find the factors that influence the reliability of the lead-free electronic products. Keywords： Reliability, Thermal Stress, Ball Grid Array 1.前言 傳統上一電子產品，不論是軍用或是消費性電子產品，基本上都是由許多複雜的電子元件所構成，再透過一些銲接技術（Soldering Assembly Technology）組裝到電路板（Printed Circuit Board, PCB）上，構成一電子產品。目前以兩種組裝技術為主，根據元件結構來分（請參考圖1），一種是穿孔針腳（Pin Through Hole, PTH）的波銲（Wave Soldering），另一種是表面組裝元件（Surface Mount Device, SMD）的表面組裝技術（Surface Mount Technology, SMT）。 圖1. PTH（左）與SMD（右）的示意圖 一般電子產品的機械可靠度評估分為三種等級。第一級是元件級的可靠度評估。第二級是電路板級的可靠度評估，或稱銲點可靠度。第三級是系統級的可靠度分析，或稱產品可靠度。以上是屬於機械及環境的可靠度，而電性方面的可靠度，如訊號品質、程式運算的穩定度之可靠度，並不是本文探討的對象。 本文主要是介紹無鉛銲錫組裝的測試元件可靠度評估方法、壽命資料統計分析、及其破壞模式分析，根據這些結果，讓元件的研發人員及組裝廠的製程工程師，瞭解設計變更或製程參數改變的方向，並且鑑定出其銲點可靠度。 2.研究內容方法 2.1.電子構裝評估層級 一般電子產品的機械可靠度評估分為三種等級。第一級是元件級的可靠度評估，單一的電子元件如主動元件的IC Package，被動元件的電阻電容、Connector等，出廠前需要經過相關可靠度評估測試，得到可靠度的資料，經過相關的統計分析技術，獲得其可靠度，這結果必須符合原先的設計規格，也需符合下游廠商的需求規格。第二級是電路板級的可靠度評估，或稱銲點可靠度，主要是評估元件組裝到電路板上的可靠度，通常元件連到電路板的接腳除了傳統的穿孔針腳外，