您好!这是一个非常好的问题,很多电子爱好者和工程师都会遇到类似的情况。您感觉STM32这类芯片“不耐高温”,其实是一个常见的误解。
核心原因并不在于芯片内部封装了某个特定的、特别脆弱的器件,而在于整个芯片的封装材料、内部结构以及焊接工艺本身对高温的耐受度有一个物理极限。
下面我为您详细分解一下原因,并解释为什么“拆焊很多次都能正常使用”。
芯片(包括STM32)是一个复杂的多层结构,高温会从多个层面造成伤害:
封装材料(塑料封装):
我们看到的黑色芯片本体,是一种环氧树脂模塑料。这种材料有玻璃化转变温度(Tg),通常在125°C到150°C之间。如果长时间超过这个温度,材料会开始变软、膨胀,冷却后可能发生形变,导致内部产生应力,甚至出现微裂纹。
这些微裂纹可能会延伸到芯片内部的键合线,导致其断裂,或者破坏芯片核心(Die)与封装基板之间的连接。
内部连接(键合线):
芯片内部的硅晶圆(Die)是通过比头发丝还细的金线或铜线连接到外部引脚上的。这些键合线通过超声波和热压焊接到焊盘上。
极端或反复的高温会削弱这些键合点的强度,可能导致连接失效或断裂。
芯片核心(硅晶圆本身):
虽然硅晶圆本身能承受很高的工作温度(125°C或150°C),但在焊接时,瞬时高温产生的热应力是巨大的。晶圆和封装材料的热膨胀系数不同,反复的快速加热和冷却会使它们以不同的速率膨胀和收缩,产生的机械应力可能使晶圆出现暗裂,导致功能失效。
焊锡和焊盘:
氧化:焊盘表面严重氧化,导致可焊性变差,下次焊接时就很难上锡。
脱落:焊盘本身是从PCB基板上附着的,高温可能破坏它与基板之间的结合力,导致整个焊盘翘起、脱落。这是拆卸芯片时最常见的“物理损伤”。
芯片的引脚焊盘表面有镀层(如镀锡、镀银)。过高的温度或过长的加热时间会导致:
这恰恰说明了现代芯片的工艺可靠性其实相当高,以及你的焊接技术可能不错。主要原因如下:
“不耐高温”是相对的,芯片本身有安全余量:
芯片 datasheet 上推荐的焊接温度曲线(例如回流焊峰值温度245°C,时间10秒以内)是一个保守的、保证绝对安全的工艺窗口。
实际上,芯片可能可以短暂承受更高一点的温度或更长的加热时间。你的操作可能刚好在这个“灰色安全区”内,没有造成毁灭性损伤。
热风枪拆焊是“均匀加热”:
与烙铁只局部加热一个引脚不同,热风枪是对整个芯片进行加热。虽然整体温度高,但芯片受热相对均匀,内部产生的热应力比局部冷热不均要小,因此更不容易破裂。
损伤是“累积性”的,但未达临界点:
每一次不规范的加热都是对芯片寿命的一次透支。可能内部已经产生了一些微小的裂纹或键合点损伤,但还没有多到影响电气连接。这些损伤是累积的,也许再加热一次它就彻底坏了,但目前它还在正常工作。
幸运地避开了关键损伤:
你的操作可能成功地快速拆焊,没有让某一部分(特别是中央的晶圆区域)经历极端高温,保护了最核心的部分。
给您的实用建议:
严格控制温度和时间:使用热风枪拆焊时,温度设置在300-350°C之间,风速不要太高(如4-6级)。让芯片均匀预热,吹到锡熔化后就轻轻取下,切忌长时间对着一个点猛吹。
使用优质助焊剂:在拆焊前涂上适量的助焊剂,可以帮助热量传导,降低所需的加热温度,并保护焊盘免受氧化。
底部预热:如果条件允许,对PCB板进行底部预热(70-100°C),可以大幅减少拆焊时所需的热风枪温度和时长,这是最专业、最保护芯片和PCB的方法。
心态上要认为“每次拆焊都是一次损伤”:即使这次成功了,也要知道芯片的寿命和可靠性已经下降。对于非常重要的项目或批量生产,不建议反复使用拆焊过的芯片。
希望这个解释能帮您更深入地理解其中的原理!