在挑選焊接材料種類時,我們不但要關(guān)注焊接材料自身的機械性能,也要關(guān)注焊接材料所形成焊點的可靠性。實際上焊接材料的機械性能并不完全等同于焊點的機械性能,特別是對于無鉛焊錫的焊點來說。焊料所形成的焊點,在焊料與焊盤的連接處形成MC,對于錫鉛焊料,MC的機械強度要大于焊料自身的強度,當遭受外力沖擊時,斷裂處通常會穿過焊料本身,此時需要打的外力沖擊能量。而無鉛焊料產(chǎn)生的焊點則不同,在高速沖擊下,斷裂會出現(xiàn)在IMC處,并且隨著沖擊的速度增快,IMC處的斷裂概率也會隨之增加,并且不需要太強的外力沖擊能量。因此各大廠家都越來越重視對無鉛焊料所形成的焊點測試,通過它來評估無鉛焊料的機械性能。具體測試有以下幾種。
一、高溫老化法:
高溫老化法是較為常用的實驗方法,簡單可靠,一般焊點老化后性能都會有所下降,不同焊料之間,焊點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℃,時間可選擇200/300/400h不等,然后再測試焊點強度,通過比較來評選好的焊料。
二、焊點高速沖擊試驗:
盡管大家注重無鉛焊錫引起的脆性斷裂問題,但是早期的裁切和拉伸測試方法使脆性斷裂失效問題顯得并不常見,這并不是因為脆性斷裂不會產(chǎn)生,僅僅是是因為早期的測試體系不能提供一個穩(wěn)定的力來證明這種失效模式的存在。近些年來工程師們研發(fā)了焊點高速沖擊試驗系統(tǒng)從而使試驗變得簡單化。
三、跌落試驗:
跌落試驗是傳統(tǒng)的評估焊點可靠性的方法之一,簡單易行,成本低,目前主要用于評估容易掉到地上的電子產(chǎn)品,例如手機等便攜式電子產(chǎn)品。由于這類產(chǎn)品使用時極易掉落到地上,并會在電氣方面出現(xiàn)故障,其中包括元器件和電路板之間的焊點出現(xiàn)破裂。此外跌落試驗還可用來做對比試驗,例如,針對無鉛 WLCSP元器件做跌落測試時,可對比使用底部填充料與不使用底部填充料時焊點的可靠性,通常會發(fā)現(xiàn)使用底部填充料的無鉛 WLCSP元器件可靠性能好。跌落試驗可參考GB2423以及 JEDEC JESD22-B111標準進行。
四、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《實驗方法手冊》
具體做法是將焊接后的樣板放在專用的高低溫試驗箱中,IPC-9701標準中設(shè)5種試驗條件下的性能實驗方法,從低要求的T100℃到嚴要求的T180℃C,計劃分5個不同檔次。溫差越大,其條件越惡劣,即對焊點可靠性要求越高。
每個標準中在低溫和高溫各停留30min,每變化一次,為一個周期。通常一個試驗要做2000~3000個周期,然后通過目測或按 IPC-TM6650標準測試評估。5個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℃
整個試驗過程中按下述要求測試:
每100個周期判斷龜裂發(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)進行的,即焊點由于自身的電阻,當有電流通過時會發(fā)熱,而不工作時焊點恢復(fù)到室溫,從高溫到室溫意味著焊點經(jīng)受高低溫的變化,在汽車電子中有些部位電子產(chǎn)品中焊點升溫會達到80℃以上,如果再加上環(huán)境溫度交替變化那么焊點升溫還會更高。因此該試驗方法實用性強,但試驗周期長費用高,試驗前應(yīng)做好充分準備。
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