焊點(diǎn)的可靠性測試方法
在選擇焊料品種時(shí),我們不僅要關(guān)心焊料本身的機械性能,而且更要關(guān)心焊料所形成焊點(diǎn)的可靠性。事實(shí)上,焊料的機械性能不完全等同于焊點(diǎn)的機械性能,特別是對于無(wú)鉛焊點(diǎn)來(lái)說(shuō)更是如此,焊料所形成的焊點(diǎn),在其焊料與銅焊盤(pán)的接合部位形成MC。對于錫鉛焊料,其MC的機械強度要大于焊料本身強度,當受到外力沖擊時(shí),斷裂處通常穿過(guò)焊料本身,此時(shí)需要大的外力沖擊能量。而無(wú)鉛焊點(diǎn)則不一樣,在高速沖擊下,斷裂會(huì )出現在IMC處,并隨沖擊速度的增快,IMC處斷裂的概率隨之增大,并且只需較低的外力沖擊能量。因此人們越來(lái)越重視對無(wú)鉛焊料所形成的焊點(diǎn)測試,通常用它來(lái)評估焊料的機械性能。最典型的做法有以下幾種。
1、板級測試
將要測評的焊料組裝成測試板(通常做不同焊料對比試驗),然后按需要選擇測試方法
高低溫沖擊法。高低溫沖擊法的方法可按下列標準進(jìn)行:
●IPC-SM-785《表面安裝焊接件加速可靠性試驗導則》;
●IPC-9701《表面安裝焊接件加速可靠性試驗方法與鑒定要求》;
●IPC-TM-650《實(shí)驗方法手冊》
具體做法是將焊接后的樣板放在專(zhuān)用的高低溫試驗箱中,IPC-9701標準中設5種試驗條件下的性能實(shí)驗方法,從低要求的T100℃到嚴要求的T180℃C,計劃分5個(gè)不同檔次。溫差越大,其條件越惡劣,即對焊點(diǎn)可靠性要求越高。
每個(gè)標準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)試驗要做2000~3000個(gè)周期,然后通過(guò)目測或按 IPC-TM6650標準測試評估。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)試驗過(guò)程中按下述要求測試:
每100個(gè)周期判斷龜裂發(fā)生率;
每500周期測試剝離強度。
上述試驗是模仿電子產(chǎn)品工作狀態(tài)進(jìn)行的,即焊點(diǎn)由于自身的電阻,當有電流通過(guò)時(shí)會(huì )發(fā)熱,而不工作時(shí)焊點(diǎn)恢復到室溫,從高溫到室溫意味著(zhù)焊點(diǎn)經(jīng)受高低溫的變化,在汽車(chē)電子中有些部位電子產(chǎn)品中焊點(diǎn)升溫會(huì )達到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。故該試驗方法實(shí)用性強,但試驗周期長(cháng)費用高,試驗前應做好充分準備。
2、高溫老化法:
高溫老化法是常用的試驗方法,簡(jiǎn)便可靠,通常焊點(diǎn)老化后性能會(huì )下降,不同焊料焊點(diǎn)性能下降程度不一樣。具體做法是將樣品放在烘箱中老化,烘箱溫度可選擇150/180/200℃,時(shí)間可選擇200/300/400h不等,然后再測試焊點(diǎn)強度,通過(guò)比較來(lái)評選好的焊料。
3、跌落試驗:
跌落試驗是傳統的評估焊點(diǎn)可靠性的方法之一,簡(jiǎn)單易行,成本低,目前主要用于評估容易掉到地上的電子產(chǎn)品,如手機等便攜式產(chǎn)品。由于這類(lèi)產(chǎn)品使用時(shí)經(jīng)常會(huì )掉到地上,并會(huì )在電氣方面出現故障,其中包括元器件和電路板之間的焊點(diǎn)出現破裂。此外跌落試驗還可用來(lái)做對比試驗,例如,針對無(wú)鉛 WLCSP元器件做跌落測試時(shí),可對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)現使用底部填充料的無(wú)鉛 WLCSP元器件可靠性能好。跌落試驗可參考GB2423以及 JEDEC JESD22-B111標準進(jìn)行。
4、焊點(diǎn)高速沖擊試驗:
雖然人們重視無(wú)鉛焊料引起的脆性斷裂問(wèn)題,但是早期的剪切和拉伸測試方法使脆性斷裂失效問(wèn)題顯得很不常見(jiàn),這不是因為脆性斷裂不會(huì )發(fā)生,只是因為早期的測試體系不能提供一個(gè)穩定的力來(lái)證明這種失效模式的存在。近年來(lái)人們研制了焊點(diǎn)高速沖擊試驗系統從而使試驗變得簡(jiǎn)單化。