可靠性实验是在产品大规模生产前或大规模生产过程中进行的,以保证产品投入大规模生产的质量和可靠性。产品失效模式的研究,对改进生产工艺、来料质量、设计等具有十分重要的意义。本文针对电子产品组装印制电路板(PCBA)级的可靠性测试,以球珊阵列封装(BGA)、微型薄片式封装(TSOP)、印制电路板(PCB)为研究对象,通过不同的加速热循环可靠性实验的对比,研究了无铅焊点的可靠性及主要失效模式和PCB的失效模式。主要研究内容如下:1.以TSOP为研究对象,通过切片实验、光学显微镜观察、电子扫描显微镜观察、引脚拉拔等手段,发现样品的失效模式及失效机理,并用有限元模拟研究焊点的疲劳寿命。2.以BGA为研究对象,通过对比不同的加速热循环(ATC)实验和切片实验、光学显微镜观察、电子扫描显微镜观察等,研究BGA的失效模式。3.以PCB为研究对象,通过对返厂维修产品的检测和切片等实验,研究PCB的失效模式。研究结果表明:1.温度为0-100°C的ATC实验和有限元仿真都被用于TSOP无铅焊点电子封装的研究。在加速热循环实验(ATC)1000,1250,1500循环后,功能测试检测到样品的失效。做失效分析实验,包括光学显微镜观察、切片实验、电子扫描显微镜观察。由于热膨胀系数的不同,导致了焊点的开裂,电性失效。有限元模拟验证了应力集中在焊点处,导致了在热循环后的焊点的开裂。有限元模拟计算出的TSOP的疲劳寿命为3181循环,比实际ATC实验得出的寿命较大。2.通过不同温度循环的引脚的拉拔实验,得出失效模式有焊点被拉开和焊盘被拉开两种方式,实验发现,随着温度循环数的增加,平均拉拔力减小,且温差越大拉拔力减小的速率越快。3.通过两种ATC实验发现,同等温度循环数下,焊点在-40°C到125°C的温度循环下,开裂严重,温度对焊点的影响是很严重的。通过实验发现的失效模式包括,焊盘底部树脂开裂、焊点开裂、焊点严重收缩等。4.用扫描电子显微镜观察焊点的金属间化合物(IMC)的厚度,发现IMC的厚度随温度循环的增加呈增大趋势,而且温差越大IMC的厚度增加的越快。5.研究三种PCB失效,通孔开裂,PCB焊盘底部树脂开裂,刻蚀不足,用返厂维修PCBA典型的例子验证了失效分析和可靠性测试的必要性。6.由于高密度的封装,电镀质量的薄弱和铜腐蚀导致了通孔开裂,使返厂维修率很高。由于钻孔工艺表面不光滑,电镀铜的厚度没有达到标准,通孔内的化学残留物和铜反应,腐蚀镀铜。因此,开裂从最薄弱的位置开始延伸到整个通孔。PCB焊盘底部树脂开裂在第一次返厂维修和重复的返厂维修都有发现,PCB来料问题是导致可靠性低的主要原因,而且不能承受正常的和返修的回流次数。通常焊盘缩孔发生在用户使用阶段,PCB刻蚀不足同样也是一个重要的来料问题。腐蚀引起的枝晶生长,使相邻的元件间很容易发生短路。本文的研究成果对电子产品的失效分析有重要作用。