哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
入后更受关注的原因之一。
表4-3各冷速下焊点拉脱载荷平均值
焊膏 A B C A曲线 948.2 990.1 837.8 B曲线 909.8 969.4 845.4
C曲线 866.1 899.5 820.0 D曲线 822.8 841.5 806.2
图4-2 冷速与焊点拉脱载荷的关系
力学测试除了QFP焊点的拉脱以外，还选取相同条件下的片式电阻R2012做推剪测试。结果如表4-5和4-6，冷速对焊点推剪力的影响和对QFP焊点拉脱的影响有相同趋势。推剪值分散性更明显。以焊膏A为例，最大最小冷速焊点推剪值之间的差值达到1232gf，这对于具有接触面积远大于QFP焊点的片式电阻而言，是较为正常的。
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表4-5 各冷速下焊点拉推剪荷平均值
焊膏A A曲线 6139 6537 测试值 （gf） 5773 7045 5335 平均值 6532 B曲线 5906 5252 6441 6732 5914 6048
表4-6 各冷速下焊点拉推剪荷平均值
焊膏 A B C A曲线 6532 5816 5529 B曲线 6048 5733 5614 C曲线 5675 5517 5233 D曲线 5300 5121 5110 C曲线 5570 6043 5340 4996 5772 5675 D曲线 5327 5602 4934 5434 5197 5300
4.3 冷速对无铅焊点断裂行为的影响
4.3.1 QFP焊点拉脱断裂模式
断裂在宏观上表现为瞬间发生。而实际却包括裂纹产生、长大和失稳扩展等系列过程。且在材料的局部发生塑性变形，故材料中局部薄弱区域就成了断裂发生和发展的通道。
在拉脱实验和推剪实验中，产生的应变量超过材料本身塑性变形能力时，焊点就发生开裂。因此裂纹一般从高应力应变位置产生。焊点的内园角
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部位在加载过程中处于高应力应变状态，属于应力集中区，裂纹是从内园角位置产生的。
通过对焊点拉脱后的断口微观分析，发现断裂的模式主要有3种方式：（1）钎缝内部断裂；（2）沿钎料/界面化合物层断裂；（3）既有钎缝内部断裂又含有钎料/界面化合物层断裂的混合断裂。
对于Sn-Pb焊点，在冷速较快时在钎料内部断裂较多，此时界面化合物厚度适中，形貌平缓。而钎料组织细化均匀，易于产生晶界滑移；只有在冷速很小，界面IMC厚度较大时会发生混合断裂，即从焊点的内园角起裂，裂纹扩展过程中尖锐粗大的界面Cu6Sn5断裂。
（a）A曲线 （b）D曲线 图4-3 焊膏C的QFP焊点拉断后断面图（×100）
从图4-4、4-5知，冷速对两种无铅焊膏焊点断裂模式的影响相似。在
A和B曲线下，焊点的界面IMC较薄，断裂发生在钎料内部的几率较高。由图4-4(a)和图4-5(a)，焊点从起裂到完全断裂，裂纹扩展都没有经过引线和焊盘两侧的界面化合物层。在快冷的条件下，还有少数焊点焊盘开裂，这证明焊点的强度大于焊盘和PCB板的结合强度。
在C、D曲线下，冷速较小，界面粗大尖锐的IMC对裂纹扩展路径开始产生影响。在冷速最慢的D曲线下，断裂偶尔会出现沿着上部引脚IMC层/钎料界面处进行的现象。更多的情况是发生混合断裂，裂纹走向单纯的沿界面化合物的情况发生的很少。
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（a）A曲线 （b）D曲线 图4-4 焊膏B的QFP焊点拉断后断面图（×200）
（a）A曲线 （b）D曲线 图4-5 焊膏A的QFP焊点的拉断后断面图（×200）
在C和D曲线下焊点界面异常突出的IMC在变形过程中容易应力集中，因此裂纹在扩展过程中有时会贯穿IMC层，造成界面IMC断裂（如图4-6）。
(a)（×100） (b) a点局部放大（×1000）
图4-6 焊膏A的QFP焊点断面
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此外，如果钎料中存在某些缺陷的话，裂纹的扩展也很容易沿着缺陷方向扩展。扩展路径转向钎料内部的缺陷区并形成一些分支，甚至可以因此改变裂纹原来的传播方向因为裂纹向该方向扩展只需要较少的能量，更有利于应力的释放。
4.3.2 QFP焊点的断口特征
断裂机制是从微观角度揭示断裂过程的物理本质，这对于认识和控制断裂过程的各种因素，从而寻求提高断裂抗力的途径是十分重要的。
两种无铅焊点在快速冷却下，都呈韧性断裂。此时界面IMC厚度适中，强度较高。断裂发生在钎料内部的几率较高。由于共晶网络中的Ag3Sn相在A曲线下呈小球状，均匀的分布在Sn基体中，所以拉脱断面有明显的韧窝（图4-7）。
(a)A曲线 (b)B曲线 图4-7 Sn-3.5Ag/QFP焊点的断口形貌
4.3.3 片式电阻焊点推剪的断口特征
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