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无铅焊点的温度试验

2023-05-31 09:55 作者:TEMAK_泰美科  | 我要投稿

微电子领域使用的焊料有着很严格的性能要求,无铅焊料也不例外,不仅包括电学和力学性能,还必须具有理想的熔融温度。焊点的可靠性实验工作,包括可靠性实验及分析,其目的一方面是评价、鉴定集成电路器件的可靠性水平,为整机可靠性设计提供参数;另一方面,就是要提高焊点的可靠性。焊料所形成的焊点,在焊料与焊盘的连接处形成MC,对于锡铅焊料,MC的机械强度要大于焊料自身的强度,当遭受外力冲击时,断裂处通常会穿过焊料本身,而无铅焊料产生的焊点则不同,在高速冲击下,断裂会出现在IMC处,并且随着冲击的速度增快,IMC处的断裂概率也会随之增加,并且不需要太强的外力冲击能量。因此各大厂家都越来越重视对无铅焊料所形成的焊点测试,通过它来评估无铅焊料的机械性能。本文以温度试验为例,讲解无铅焊点的可靠性试验。

高温试验

高温老化法是较为常用的实验方法,简单可靠,一般焊点老化后性能都会有所下降,不同焊料之间,焊点性能所下降的程度不一样。具体方法是把试样品放到烘箱中老化 ,烘箱温度可选择 150/180/200℃,时间可选择 200/300/400h 不等,然后再测试焊点强度,通过比较来评选好的焊料。

快温变与冷热冲击

JEDEC JED22-A104 快温变试验

JEDEC JESD22-A104)会以总时间:10min 来规定温变时间, 而其它条件会以 10℃/ min 来指定温变率,如从 100℃ ~ 0 ℃,以每分钟 10℃ 的温变计算,总温变时间为 10 分钟。

  • 100℃ [10min]←→0℃[10min],Ramp:10℃/min,6500 cycle;

  • -40℃[5min]←→125℃[5min],温变时间:10min;

  • 200 cycle 检查一次,2000 cycle 进行拉力试验 [JEDEC JESD22-A104];

  • -40℃(15min)←→125℃(15min),温变时间:15min,2000 cycle。

IPC 冷热冲击试验

将要测评的焊料组装成测试板(通常做不同焊料对比试验),冷热冲击法的方法可按下列标准进行:

IPC-SM-785《表面安装焊接件加速可靠性试验导则》;IPC-9701《表面安装焊接件加速可靠性试验方法与鉴定要求》;IPC-TM-650《实验方法手册》。

具体做法是将焊接后的样板放在专用的冷热冲击箱中,IPC-9701 标准中设5 种试验条件下的性能实验方法,从低要求的 T100℃ 到严要求的 T180℃,计划分 5 个不同档次。温差越大,其条件越恶劣,即对焊点可靠性要求越高。

冷热冲击箱

每个标准中在低温和高温各停留 30min,每变化一次,为一个周期。通常一个试验要做 2000~3000 个周期,然后通过目测或按 IPC-TM6650 标准测试评估。5 个不同档次的温度差为:

  • TC1:0℃/30min←→100℃,T为100℃推荐参考;

  • TC2:-25℃/30min←→100/30min,T为 125℃;

  • TC3:-40/30min←→125/30min,T为 165℃;

  • TC4:-55/30min←→100C/30min,T为 155℃;

  • TC5:-55/30min←→125℃/30min,T为 180℃。

整个试验过程中按下述要求测试:

每 100 个周期判断龟裂发生率;每 500 周期测试剥离强度。

上述试验是模仿电子产品工作状态进行的,即焊点由于自身的电阻,当有电流通过时会发热,而不工作时焊点恢复到室温,从高温到室温意味着焊点经受高低温的变化,在汽车电子中有些部位电子产品中焊点升温会达到 80℃ 以上,如果再加上环境温度交替变化那么焊点升温还会更高。因此该试验方法实用性强,但试验周期长费用高,试验前应做好充分准备。


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