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无铅焊点可靠性测试方法

更新时间:2015-12-15 16:54:34  点击次数:915次 打印
无铅焊点可靠性测试,主要是对电子组装产品进行热负荷试验(温度冲击或温度循环试验);按照疲劳寿命试验条件对电子器件结合部进行机械应力测试;使用模型进行寿命评估。

无铅焊点可靠性测试,主要是对电子组装产品进行热负荷试验(温度冲击或温度循环试验);按照疲劳寿命试验条件对电子器件结合部进行机械应力测试;使用模型进行寿命评估。目前比较着名的模型有低循环疲劳的Coffin-Manson模型,一般在考虑平均温度与频率的影响时使用修正Coffin-Manson模型,而在考虑材料的温度特性及蠕变关系时采用Coffin-Manson模型。

评估无铅焊点可靠性测试方法基本上是引用传统的测试方法,主要有外观检查、X-ray检查、金相切片分析、强度(如抗拉、剪切)、疲劳寿命、高温高湿、跌落实验、随机振动、可靠性检测方法等。

1.外观检查

首先是从外观上看焊点形态是否完好,尽管无铅(以SAC为例)焊点比相应的有铅焊点粗糙,但它的形态应完好,应符合IPC-610D要求。

2.X-ray检查

X-ray检查可以进一步检查出焊点中虚焊以及内部孔洞大小及位置。同时X-ray检查可用来监控组装工艺是否规范,通过产品首件确认后再批量生产是非常有必要的。在遇到焊点质量问题时可以首选X-ray检查,它可对焊点结构可做完整性分析。X-ray检查最大好处是它是无损伤性检查并且检查速度快。

3.金相切片分析

金相分析是金属材料试验研究的重要手段之一,在焊点可靠分析中,常取焊点剖面的金相组织进行观察分析,故称为金相切片分析。金相切片分析是一种破坏性检查,样品制作周期长、费用高,常用于焊点故障后分析,但它具有直观,以事实说话的优点。

金相切片分析的关键是制作样品,现以光固化金相切片制作工艺为例,它包括如下步骤:首先取样,以检测BGA为例,即将要测试的BGA通过取样机取样,并放置到专用模具或者夹具中,然后将光固化树脂注入模具中并暴露在紫外光下使其固化,这样树脂与试样固化为一体,得到树脂试样块。最后将树脂试样块打磨、抛光,使试样的横断面裸露从而得刭金相切片,直至找到有故障的部位。

普通裂纹分析只要通过金相显微镜观察,计算机记录即可,若用于焊点结合部IMC评估,则需电子显微镜(SEM)观察。

4.自动焊点可靠性检测技术

该技术是利用光热法逐点检测电路板焊点质量的一种先进技术,具有检测精度高、可靠性好,检测时不需接触或破坏被测焊点等特点。检测时对印制电路板的焊点逐点注入确定的激光能量,同时用红外探测器监测焊点在受到激光照射后产生的热射。由于热辐射特性与焊点的质量状况有关,故可据此判定焊点的质量好坏。特别适用于可靠性要求高、批量小的产品检测。

5.进行与温度相关疲劳测试

在无铅工艺焊点可靠性测试中,比较重要的是针对焊点与连接元器件热膨胀系数不同进行的温度相关疲劳测试,包括等温机械疲劳测试、热疲劳测试。具体的做法有:

(1)用于板级测试的有:高低温冲击法、高温老化法、跌落试验。

(2)用于焊点级测试的有:焊球高速冲击试验,其中包括高速冲击和拉伸。

此外评估焊点可靠性的方法还有振动试验、弯曲试验、IC引脚拉力测试以及能谱分析等,随着科技进步将还会有更多的方法用焊点可靠性试验。

在评估无铅焊点可靠性时可以进行多种测试。但最重要昀一点是,选择关联性最强的测试方法,并且针对一个具体的方法,明确地确定测试参数,例如,在进行温度循环测试如何选择影响最大的参数的范围。有了这些测试结果并不等于完成了所有步骤,它只是得出结论的第一步。最重要的一步是综合测试结果,分析数据和现象。

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