無(wú)鉛焊點(diǎn)可靠性的幾種測(cè)試方法

在挑選焊接材料種類時(shí)，我們不但要關(guān)注焊接材料自身的機(jī)械性能，也要關(guān)注焊接材料所形成焊點(diǎn)的可靠性。實(shí)際上焊接材料的機(jī)械性能并不完全等同于焊點(diǎn)的機(jī)械性能，特別是對(duì)于無(wú)鉛焊錫的焊點(diǎn)來(lái)說(shuō)。焊料所形成的焊點(diǎn)，在焊料與焊盤(pán)的連接處形成MC，對(duì)于錫鉛焊料，MC的機(jī)械強(qiáng)度要大于焊料自身的強(qiáng)度，當(dāng)遭受外力沖擊時(shí)，斷裂處通常會(huì)穿過(guò)焊料本身，此時(shí)需要打的外力沖擊能量。而無(wú)鉛焊料產(chǎn)生的焊點(diǎn)則不同，在高速?zèng)_擊下，斷裂會(huì)出現(xiàn)在IMC處，并且隨著沖擊的速度增快，IMC處的斷裂概率也會(huì)隨之增加，并且不需要太強(qiáng)的外力沖擊能量。因此各大廠家都越來(lái)越重視對(duì)無(wú)鉛焊料所形成的焊點(diǎn)測(cè)試，通過(guò)它來(lái)評(píng)估無(wú)鉛焊料的機(jī)械性能。具體測(cè)試有以下幾種。

一、高溫老化法：

高溫老化法是較為常用的實(shí)驗(yàn)方法，簡(jiǎn)單可靠，一般焊點(diǎn)老化后性能都會(huì)有所下降，不同焊料之間，焊點(diǎn)性能所下降的程度不一樣。具體方法是把試樣品放到烘箱中老化 ，烘箱溫度可選擇150/180/200℃，時(shí)間可選擇200/300/400h不等，然后再測(cè)試焊點(diǎn)強(qiáng)度，通過(guò)比較來(lái)評(píng)選好的焊料。

二、焊點(diǎn)高速?zèng)_擊試驗(yàn)：

盡管大家注重無(wú)鉛焊錫引起的脆性斷裂問(wèn)題，但是早期的裁切和拉伸測(cè)試方法使脆性斷裂失效問(wèn)題顯得并不常見(jiàn)，這并不是因?yàn)榇嘈詳嗔巡粫?huì)產(chǎn)生，僅僅是是因?yàn)樵缙诘臏y(cè)試體系不能提供一個(gè)穩(wěn)定的力來(lái)證明這種失效模式的存在。近些年來(lái)工程師們研發(fā)了焊點(diǎn)高速?zèng)_擊試驗(yàn)系統(tǒng)從而使試驗(yàn)變得簡(jiǎn)單化。

三、跌落試驗(yàn)：

跌落試驗(yàn)是傳統(tǒng)的評(píng)估焊點(diǎn)可靠性的方法之一，簡(jiǎn)單易行，成本低，目前主要用于評(píng)估容易掉到地上的電子產(chǎn)品，例如手機(jī)等便攜式電子產(chǎn)品。由于這類產(chǎn)品使用時(shí)極易掉落到地上，并會(huì)在電氣方面出現(xiàn)故障，其中包括元器件和電路板之間的焊點(diǎn)出現(xiàn)破裂。此外跌落試驗(yàn)還可用來(lái)做對(duì)比試驗(yàn)，例如，針對(duì)無(wú)鉛 WLCSP元器件做跌落測(cè)試時(shí)，可對(duì)比使用底部填充料與不使用底部填充料時(shí)焊點(diǎn)的可靠性，通常會(huì)發(fā)現(xiàn)使用底部填充料的無(wú)鉛 WLCSP元器件可靠性能好。跌落試驗(yàn)可參考GB2423以及 JEDEC JESD22-B111標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

四、板級(jí)測(cè)試

將要測(cè)評(píng)的焊料組裝成測(cè)試板（通常做不同焊料對(duì)比試驗(yàn)），然后按需要選擇測(cè)試方法

高低溫沖擊法。高低溫沖擊法的方法可按下列標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行:

●IPC-SM-785《表面安裝焊接件加速可靠性試驗(yàn)導(dǎo)則》；

●IPC-9701《表面安裝焊接件加速可靠性試驗(yàn)方法與鑒定要求》；

●IPC-TM-650《實(shí)驗(yàn)方法手冊(cè)》

具體做法是將焊接后的樣板放在專用的高低溫試驗(yàn)箱中，IPC-9701標(biāo)準(zhǔn)中設(shè)5種試驗(yàn)條件下的性能實(shí)驗(yàn)方法，從低要求的T100℃到嚴(yán)要求的T180℃C，計(jì)劃分5個(gè)不同檔次。溫差越大，其條件越惡劣，即對(duì)焊點(diǎn)可靠性要求越高。

每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中在低溫和高溫各停留30min，每變化一次，為一個(gè)周期。通常一個(gè)試驗(yàn)要做2000~3000個(gè)周期，然后通過(guò)目測(cè)或按 IPC-TM6650標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試評(píng)估。5個(gè)不同檔次的溫度差為：

●TC1：0℃/30min←→100℃，T為100℃推薦參考；

●TC2：-25℃/30min←→100/30min，T為125℃；

●TC3：-40/30min←→125/30min，T為165℃；

●TC4：-55/30min←→100C/30min，T為155℃；

●TC5：-55/30min←→125℃/30min，T為180℃

整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中按下述要求測(cè)試：

每100個(gè)周期判斷龜裂發(fā)生率；

每500周期測(cè)試剝離強(qiáng)度。

上述試驗(yàn)是模仿電子產(chǎn)品工作狀態(tài)進(jìn)行的，即焊點(diǎn)由于自身的電阻，當(dāng)有電流通過(guò)時(shí)會(huì)發(fā)熱，而不工作時(shí)焊點(diǎn)恢復(fù)到室溫，從高溫到室溫意味著焊點(diǎn)經(jīng)受高低溫的變化，在汽車電子中有些部位電子產(chǎn)品中焊點(diǎn)升溫會(huì)達(dá)到80℃以上，如果再加上環(huán)境溫度交替變化那么焊點(diǎn)升溫還會(huì)更高。因此該試驗(yàn)方法實(shí)用性強(qiáng)，但試驗(yàn)周期長(zhǎng)費(fèi)用高，試驗(yàn)前應(yīng)做好充分準(zhǔn)備。

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