IPC-9701A-表面貼裝錫焊件性能測(cè)試方法與鑒定要求

2019-8-52019-8-52019-8-5IPC-9701A表面貼裝錫焊件性能測(cè)試方法與鑒定要求1．范圍此規(guī)范建立了專用的測(cè)試方法，用于評(píng)估電子組裝件表面貼裝焊接件的性能及可靠性。對(duì)應(yīng)于剛性電路結(jié)構(gòu)、撓性電路結(jié)構(gòu)和半剛性電路結(jié)構(gòu)，表面貼裝焊接件的性能和可靠性被進(jìn)一步劃分為不同等級(jí)。此外，還提供了一種相似方法，可以在電子組裝件的使用環(huán)境與條件下將這些性能測(cè)試結(jié)果與焊接件可靠性關(guān)聯(lián)起來。1.1目的本規(guī)范的目的：?確保設(shè)計(jì)、制造和組裝的產(chǎn)品滿足預(yù)定的要求。?允許以通用數(shù)據(jù)庫和技術(shù)理論為基礎(chǔ)進(jìn)行可靠性的分析預(yù)測(cè)。?提供標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)試方法和報(bào)告程序。1.2性能分類本規(guī)范指出表面貼裝組裝件（SMAs）的性能是隨最終使用的性能要求而變化的。IPC-6011：印制板通用性能規(guī)范中對(duì)性能等級(jí)進(jìn)行了說明，這些性能分類并不是按照要求的可靠性而特定的。在目前的情況下，可靠性要求需要通過用戶與供應(yīng)商協(xié)商制定。1.3術(shù)語解釋這里使用的所有術(shù)語的解釋必須按照IPC-T-50中規(guī)定的，否則要在第3部分中進(jìn)行說明。1.4說明在本規(guī)范中，使用“必須”這種動(dòng)詞強(qiáng)調(diào)形式來說明此要求為強(qiáng)制性規(guī)定的。偏離“必須”要求的，如果可以提供足夠的數(shù)據(jù)來驗(yàn)證的話，可以考慮使用。說明非強(qiáng)制性要求時(shí)使用“應(yīng)該”和“會(huì)”?！皩ⅰ眲t說明用途作用。為了提醒讀者，“必須”用黑體字表示。1.5版本修訂對(duì)IPC-9701做了些改變，包括附錄B——建立了無鉛焊點(diǎn)的熱循環(huán)要求準(zhǔn)則。附錄B還為目前的IPC-9701提供了有關(guān)使用無鉛錫焊工藝時(shí)的補(bǔ)充要求。2．適用的文件資料下面是適用的文獻(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)以及這些文件的后續(xù)版本和修訂部分，都屬于本規(guī)范的內(nèi)容。下列文件標(biāo)準(zhǔn)分為IPC、聯(lián)合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、ITRI、EIA和其他。2.1IPCIPC-T-50電子電路互連及封裝的名詞術(shù)語與定義IPC-D-279可靠的表面貼裝技術(shù)印制板組裝件的設(shè)計(jì)指南IPC-TM-650試驗(yàn)方法手冊(cè)2.1.1手動(dòng)微切片法2.4.1鍍層附著力2.4.8覆金屬箔板的剝離強(qiáng)度.1表面貼裝焊接區(qū)的粘結(jié)強(qiáng)度（垂直拉伸方法）彎曲與扭轉(zhuǎn)金屬化孔的模擬返工.2熱膨脹系數(shù)，應(yīng)變計(jì)法2.5.7印制線路材料的介質(zhì)耐電壓，2.6.5多層印制線路板的物理（機(jī)械）震動(dòng)試驗(yàn)2.6.7.2熱沖擊－剛性印制板2.6.8鍍通孔的熱應(yīng)力沖擊2.6.9剛性印制電路板振動(dòng)試驗(yàn)IPC-SM-785表面貼裝錫焊件加速可靠性試驗(yàn)指南IPC-S-816SMT工藝指南與檢驗(yàn)單IPC-7711/21維修與返工指南IPC-9252無載印制板電氣檢測(cè)指南與要求IPC-9501電子元器件的PWB組裝工藝模擬評(píng)估IPC-9502電子元器件的PWB組裝錫焊工藝指南IPC-9504非集成電路元器件組裝工藝模擬評(píng)估（預(yù)處理非集成電路元器件）2.2聯(lián)合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)J-STD-001電氣和電子組裝件的焊接技術(shù)要求J-STD-002元器件引腳、端子、焊片、接線柱及導(dǎo)線可焊性試驗(yàn)J-STD-003印制板可焊性試驗(yàn)J-STD-020塑料集成電路表面貼裝器件濕度/回流靈敏度分類2.3國際錫研究機(jī)構(gòu)ITRIPub#580錫與錫合金的金相學(xué)ITRIPub#708電子元器件焊點(diǎn)冶金學(xué)2.4其它出版物2.4.1電子工業(yè)機(jī)構(gòu)JESD22-A104-B“溫度循環(huán)”（2000年7月）JESD22-B117“BGA焊球剪切”（2000年7月）2.4.2OEM工作組SJR-01第2版“焊點(diǎn)可靠性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)”（2001年2月）3．術(shù)語、定義及概念3.1概述為確保組裝到電路板上的表面貼裝電子元件焊點(diǎn)的可靠性，要求采用可靠性（DfR）設(shè)計(jì)步驟（見IP-D-279）,在某些情況下通過試驗(yàn)驗(yàn)證使產(chǎn)品適用于特定產(chǎn)品類型和環(huán)境。元器件或組裝越復(fù)雜，越需要更多的試驗(yàn)來驗(yàn)證可靠性。在使用過程中，表面貼裝焊接件可能會(huì)受各種加載條件影響，可能會(huì)導(dǎo)致過早失效?；镜脑O(shè)想就是將焊點(diǎn)適當(dāng)?shù)貪櫇瘢诤噶?、元器件底層金屬與印制線路（電路）板（PWB/PCB）之間形成良好的金屬粘合。這樣就確保不會(huì)由于焊點(diǎn)缺陷而造成早期失效。下列加載情況可能是單獨(dú)、連續(xù)或同時(shí)存在，加起來足以引起SMT焊點(diǎn)失效：a）熱膨脹差b）振動(dòng)（運(yùn)輸中）c）在從焊接操作或從惡劣的使用環(huán)境中冷卻過程中的熱沖擊（快速的溫度變化引起瞬時(shí)翹曲差）。d）惡劣使用條件或意外誤操作造成的機(jī)械震動(dòng)（大加速度）。安裝在電路板上的表面貼裝器件的可靠性是焊點(diǎn)完整性與器件/印制板互連的函數(shù)。通過焊接互連由PWB施加給封裝的熱機(jī)械加載可能會(huì)導(dǎo)致封裝其它部位失效。在插座上進(jìn)行的元件級(jí)測(cè)試不能代表（表明）板上零件加載情況。對(duì)于大批CSP結(jié)構(gòu)和高引腳點(diǎn)BGA封裝，大量使用非絲焊芯片?；ミB會(huì)增加在板級(jí)測(cè)試中“未預(yù)料的”內(nèi)部元器件失效的可能性。為了確保表面貼裝電路組裝件的焊點(diǎn)在指定使用環(huán)境下滿足可靠性預(yù)期值，通常需要確定某些特定應(yīng)用的可靠性，即使已經(jīng)采取了適當(dāng)?shù)目煽啃栽O(shè)計(jì)（DfR）方法。因?yàn)楹更c(diǎn)的蠕變和應(yīng)力松弛特性是隨時(shí)間而變化的，加速試驗(yàn)中的疲勞損傷和疲勞壽命通常與操作使用中的不同，但利用加速試驗(yàn)結(jié)果，通過使用正確的加速因子可以得到產(chǎn)品可靠性估算值。3.2可靠性概念通過本規(guī)范，要掌握可靠性定義、失效機(jī)理以及統(tǒng)計(jì)的失效分布。3.2.1可靠性定義一個(gè)產(chǎn)品（表面貼裝焊接件）在給定條件下并在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能而不超出容許失效等級(jí)的能力。3.3失效機(jī)理3.3.1蠕變根據(jù)時(shí)間變化的粘塑性變形是施加的應(yīng)力與溫度的函數(shù)。3.3.2應(yīng)力松弛根據(jù)時(shí)間變化的粘塑性變形通過將彈性應(yīng)變轉(zhuǎn)換成塑性應(yīng)變來減小應(yīng)力。3.3.3焊點(diǎn)的蠕變－疲勞模型通過基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析模型估算出受周期性蠕變－疲勞影響的焊點(diǎn)的使用壽命?？梢酝ㄟ^Engelmaier-Wild模型（見IPC-D-279附錄A-3.1）或其它適合的被驗(yàn)證過的模型來確定可靠性試驗(yàn)結(jié)果估算值、產(chǎn)品可靠性和加速因子。在Engelmaier-Wild焊點(diǎn)疲勞模型中，變量疲勞延性指數(shù)用于說明疲勞壽命與周期粘塑性應(yīng)變能關(guān)聯(lián)曲線的特征斜率。該指數(shù)通過實(shí)驗(yàn)得到，是時(shí)間和溫度的函數(shù)，不同于用于Coffin-Manson等式（適用于非蠕變金屬）中的常量指數(shù)。3.3.4熱膨脹差在操作使用或可靠性試驗(yàn)中的溫度變化會(huì)導(dǎo)致材料間的熱膨脹和收縮差。熱膨脹或收縮是通過材料的熱膨脹系數(shù)（CTE）確定的。熱膨脹差分為下列兩種：1）“整體的”熱膨脹不匹配：元器件與基板之間的熱膨脹不匹配。2）“局部的”熱膨脹不匹配：焊料本身以及與它連接的材料之間的熱膨脹不匹配。3.4試驗(yàn)參數(shù)注：所有標(biāo)有*的定義說明都是摘自JESD22-A104-B。3.4.1*工作區(qū)在恒溫箱內(nèi)，在規(guī)定條件下進(jìn)行加載溫度控制的區(qū)域。3.4.2溫度循環(huán)范圍/振幅在操作使用或溫度循環(huán)試驗(yàn)期間的最高溫度與最低溫度差。見圖3－1、表3－1和表4－1。溫度曲線溫度曲線時(shí)間溫度最高溫度駐留時(shí)間最低溫度駐留時(shí)間循環(huán)時(shí)間循環(huán)范圍額定最小Ts容許極限額定最大Ts容許極限圖3－1熱循環(huán)試驗(yàn)條件的溫度曲線（圖3－1基于JESD22-A104-B附錄A中的圖1）表3－1表面貼裝電子元器件的產(chǎn)品分類以及最惡劣使用環(huán)境（僅供參考）產(chǎn)品類型（常用分類）溫度℃/℉最惡劣使用環(huán)境存儲(chǔ)操作運(yùn)行Tmin℃/℉Tmax℃/℉ΔT℃/℉TDhrs循環(huán)周期/年標(biāo)準(zhǔn)使用年限合格的失效危險(xiǎn)％（約）消費(fèi)裝置-40/850/550/3260/14035/63123651-31計(jì)算機(jī)及輔助設(shè)備-40/850/550/3260/14020/362146050.1電信-40/85-40/85-40/-4085/18535/63123657-200.01商用飛機(jī)-40/85-40/85-55/-6795/20320/3612365200.001工業(yè)與汽車－乘員艙-55/150-40/85-55/-6795/20320/36&40/72&60/108&80/14412121212185100602010-150.1軍用（地面與船用）-40/85-40/85-55/-6795/20340/72&60/108121210026510-200.1太空leogeo-40/85-40/85-55/-6795/2033/5.4~100/18011287603655-300.001軍用飛機(jī)abc維修-55/125-40/85-55/-67125/25740/7260/10880/1442221001006510-200.01&20/361120汽車（發(fā)動(dòng)機(jī)罩下）-55/150-40/125-55/-67125/25760/108&100/180&140/25211210003004010-150.1&=另外的條件1．所有類型的產(chǎn)品可能都會(huì)在18℃～260℃[64.4℉2．Tmin和Tmax分別為操作運(yùn)行（試驗(yàn)）最低和最高溫度，不限定ΔT的最大值。3．ΔT表示最大溫度范圍，但不包括功率損耗的影響；功率損耗要計(jì)算ΔT；功率損耗可能會(huì)使溫度循環(huán)加速試驗(yàn)相當(dāng)不準(zhǔn)確。必須注意溫度范圍ΔT不是Tmin和Tmax之差；ΔT非常小。4．駐留時(shí)間TD為每半個(gè)溫度循環(huán)周期內(nèi)焊點(diǎn)蠕變時(shí)間。3.4.3*樣品溫度：Ts在溫度循環(huán)期間，通過附著在或嵌入在樣品上的熱電偶或其它溫度測(cè)量儀器測(cè)量的樣品溫度。這種固定熱電偶或其它溫度測(cè)量儀器的方法確保樣品總質(zhì)量達(dá)到溫度極限和駐留/保溫時(shí)間的要求。3.4.4*最高樣品溫度：Ts(max)樣品的最高測(cè)量溫度。3.4.5最高額定溫度：T(max)特定試驗(yàn)條件下的最高額定溫度就是允許的樣品最高溫度Ts(max)，見表4－1。3.4.6*最低樣品溫度：Ts(min)樣品的最低測(cè)量溫度。3.4.7最低額定溫度：T(min)特定試驗(yàn)條件下的最低額定溫度就是允許的樣品最低溫度Ts(min)，見表4－1。3.4.8平均循環(huán)溫度Tsj最高額定溫度與最低額定溫度的平均值，見附錄A的公式4。3.4.9額定ΔT給定試驗(yàn)條件下的最高額定溫度T(max)與最低額定溫度T(min)之差，見表3－1。駐留/保溫時(shí)間TD樣品溫度總時(shí)間在每個(gè)額定最高溫度T(max)和最低溫度T(min)規(guī)定范圍內(nèi)（見表4－1）。駐留時(shí)間對(duì)于加速試驗(yàn)來說特別重要，因?yàn)樵诩铀僭囼?yàn)過程中蠕變過程實(shí)際上不完整。駐留便于將不完整的蠕變過程對(duì)產(chǎn)品使用溫度循環(huán)產(chǎn)生的影響進(jìn)行校正，產(chǎn)品使用溫度循環(huán)時(shí)間足夠長，可以使蠕變過程在每個(gè)循環(huán)駐留時(shí)間內(nèi)趨于完整。駐留/保溫溫度高于T(max)（循環(huán)上限），低于T(min)（循環(huán)下限）的溫度，見表4-1。循環(huán)時(shí)間完成一個(gè)完整的溫度循環(huán)周期所用的時(shí)間，見圖3－1。*溫度緩變率樣品在每個(gè)時(shí)間單位內(nèi)溫度增加或降低的速率。溫度緩變率應(yīng)該在溫度曲線的直線部分測(cè)量，通常是在給定試驗(yàn)條件溫度的10％～90％的范圍內(nèi)。注：緩變率可能會(huì)受載荷的影響，應(yīng)該通過驗(yàn)證。最大循環(huán)應(yīng)變（變形）范圍在周期性熱或機(jī)械損傷過程中形成的總應(yīng)變（變形）范圍。最大循環(huán)應(yīng)力范圍在周期性熱或機(jī)械變形過程中產(chǎn)生的總應(yīng)力范圍。焊點(diǎn)在發(fā)生蠕變的溫度范圍內(nèi)，應(yīng)力和應(yīng)變范圍是彼此獨(dú)立的（與非蠕變型金屬相反，它的應(yīng)力－應(yīng)變曲線說明了應(yīng)力與應(yīng)變的唯一對(duì)應(yīng)關(guān)系），因?yàn)槊恳粋€(gè)溫度和應(yīng)變率都有不同的應(yīng)力－應(yīng)變曲線。模量和產(chǎn)出量是受溫度和應(yīng)變率影響的，連接件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性（例如易彎曲的引腳）對(duì)焊點(diǎn)的最大應(yīng)力產(chǎn)生的影響很大。滯后回線滯后回線可以用圖表示出載荷循環(huán)過程中焊接件的應(yīng)力－應(yīng)變特性。滯后回線區(qū)域說明了每個(gè)循環(huán)周期的粘塑性應(yīng)變能，也是衡量每個(gè)循環(huán)周期疲勞損傷的一個(gè)計(jì)量單位。滯后回線大小要根據(jù)應(yīng)變范圍、應(yīng)力范圍、循環(huán)駐留時(shí)間而定，平均循環(huán)溫度對(duì)其影響很小。設(shè)計(jì)使用壽命一臺(tái)設(shè)備在規(guī)定環(huán)境下，完好地完成所有功能所需的操作使用壽命。預(yù)計(jì)的使用壽命通過加速試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生的模型（將疲勞循環(huán)數(shù)與給定容許的累計(jì)失效概率建立關(guān)聯(lián)）預(yù)測(cè)出的使用壽命。早期失效在環(huán)境應(yīng)力篩選（ESS）試驗(yàn)、老化試驗(yàn)、初始功能試驗(yàn)或在初期使用過程中，主要由于不充分的性能或生產(chǎn)工藝而導(dǎo)致的失效。隨機(jī)穩(wěn)定狀態(tài)失效是一段有效的操作使用壽命周期——表面上失效隨機(jī)發(fā)生或以低速率發(fā)生，與產(chǎn)品復(fù)雜性無太大關(guān)系。對(duì)于焊接件來說，此過程不可測(cè)量，因?yàn)榭赡懿淮嬖诨蚴屎艿?。損耗失效損耗就是損傷累積超時(shí)過程，在此過程中，由于疲勞或其它損耗機(jī)理導(dǎo)致產(chǎn)品消耗惡化而引起失效發(fā)生穩(wěn)定上升。這是由于焊接件的蠕變疲勞引起的損耗失效，為本規(guī)范的論述主題。3.5統(tǒng)計(jì)失效分布的概念3.5.1統(tǒng)計(jì)失效分布失效，特別是由于損耗引起的失效，不是突然同時(shí)發(fā)生，但是超時(shí)分布。威伯爾統(tǒng)計(jì)分布是最適合用于損耗失效的分布；但有時(shí)還可以使用Log-Normal分布。對(duì)于威伯爾分布，需要2個(gè)定義參數(shù)：（1）威伯爾斜率（分布范圍的一個(gè)計(jì)量單位）；（2）某些截止值（通常N（63.2％）——威伯爾分布的特征壽命，但有時(shí)為N（50％）——平均失效壽命。在威伯爾分布坐標(biāo)圖上，利用這兩個(gè)定義參數(shù)將測(cè)量數(shù)據(jù)繪制成直線，可以簡化數(shù)據(jù)分析。3.5.2平均失效壽命N（50％）一半的樣品失效所用的時(shí)間。3.5.3無失效壽命N0首次失效發(fā)生前的時(shí)間（或循環(huán)數(shù)）（此參數(shù)用在3參數(shù)（3-P）威伯爾統(tǒng)計(jì)分布中）。3.5.4累積失效百分比在試驗(yàn)過程中，樣品i的累積失效百分比通過等式F(i)=i/(n+1)計(jì)算，其中i為樣品序號(hào)。3.5.5累積失效概率為了設(shè)計(jì)需要，規(guī)定的可靠性通常是指不超出規(guī)定設(shè)計(jì)壽命的“累積失效概率”。3.5.6容許的累積失效概率在使用壽命結(jié)束時(shí)，允許的最大缺陷/失效百分比。3.6可靠性試驗(yàn)3.6.1加速可靠性試驗(yàn)在比使用壽命短的時(shí)間內(nèi)，加速影響操作使用的損傷機(jī)理，從而引起失效的一種試驗(yàn)。雖然加速試驗(yàn)結(jié)果來自較短的循環(huán)周期或更惡劣的加載條件，但必須避免使用外來的損傷機(jī)理?？梢酝ㄟ^適當(dāng)?shù)募铀僖蜃觼砉浪闶褂脡勖?.6.2熱循環(huán)要將組裝件進(jìn)行周期性的溫度變化試驗(yàn)，溫度變化率要足夠慢以避免熱沖擊（通常小于或等于20℃[36℉熱循環(huán)的最高溫度應(yīng)該為低于印制電路板材料的玻璃軟化溫度Tg溫度的25℃[45℉]必須注意如果循環(huán)溫度低于-20℃[-4℉]或高于110℃[3.6.3熱沖擊當(dāng)組裝件遭受溫度快速變化（在零件/組裝件內(nèi)引起瞬時(shí)溫度梯度、翹曲以及應(yīng)力）時(shí)會(huì)發(fā)生熱沖擊。熱沖擊的溫度變化率通常大于20℃[36℉]/3.6.4電源循環(huán)對(duì)于經(jīng)常被接通/斷開電源的電子器件來說，電源循環(huán)試驗(yàn)可能比溫度循環(huán)試驗(yàn)更能準(zhǔn)確地模擬現(xiàn)場(chǎng)使用條件。3.7其它試驗(yàn)3.7.1老化試驗(yàn)對(duì)成品進(jìn)行老化試驗(yàn)，定期的在正常的，有可能是惡劣的但還是仿真的操作環(huán)境下進(jìn)行，不屬于加速可靠性試驗(yàn)。3.7.2環(huán)境應(yīng)力篩選（ESS）篩選過程利用由環(huán)境產(chǎn)生的應(yīng)力，使組裝件中“薄弱的”元器件的應(yīng)力超限達(dá)到失效點(diǎn)，防止這些潛在缺陷在現(xiàn)場(chǎng)使用中出現(xiàn)，引起現(xiàn)場(chǎng)失效。產(chǎn)生這些應(yīng)力的環(huán)境可能或不可能與產(chǎn)品使用環(huán)境條件有關(guān)。一旦出現(xiàn)失效，元器件就會(huì)被檢測(cè)出來并被維修、替換、報(bào)廢，或?yàn)槲磥懋a(chǎn)品重新設(shè)計(jì)。ESS必須在不損壞“正常的”元器件的情況下進(jìn)行。ESS不是加速可靠性試驗(yàn)。3.7.3高速應(yīng)力試驗(yàn)（HAST）這種試驗(yàn)是在溫度與濕度結(jié)合的加速應(yīng)力中電偏壓情況下模擬與失效機(jī)理有關(guān)的侵蝕。HASL可以用于元器件和組裝件，但對(duì)于焊接件來說不屬于加速可靠性試驗(yàn)。3.7.4機(jī)械震動(dòng)機(jī)械震動(dòng)就是對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生快速的機(jī)械能量轉(zhuǎn)換，在系統(tǒng)內(nèi)部使應(yīng)力、速度、加速度或位移發(fā)生顯著變化。3.7.5振動(dòng)交替地與平衡位置相反的方向周期性或隨機(jī)地運(yùn)動(dòng)。應(yīng)用載荷通常低于材料的屈服點(diǎn)（彈性）。3.7.6工藝鑒定用來驗(yàn)證制造產(chǎn)品的工藝是否滿足性能規(guī)范的一種特殊試驗(yàn)或一組試驗(yàn)。3.7.7工藝檢驗(yàn)對(duì)工藝進(jìn)行定期的評(píng)估，確保工藝優(yōu)化或消除工藝偏離。3.8評(píng)估與應(yīng)用事項(xiàng)表3－1列出了9種最常見的產(chǎn)品類型的常用存儲(chǔ)和操作環(huán)境以及最惡劣的使用環(huán)境條件。此表格僅供參考。3.9焊接件工藝說明焊料根據(jù)特定的使用條件隨溫度、時(shí)間和應(yīng)力而變化的特性使其在工藝金屬中具有獨(dú)特性。例如，共晶（易熔的）鉛錫焊料在高于20℃[68℉]溫度時(shí)具有穩(wěn)定的蠕變和應(yīng)力松弛，而在低于-20℃[-4℉]溫度時(shí)具有與其它金屬相似的長時(shí)間承載能力。高于20℃[設(shè)計(jì)并確保產(chǎn)品可靠性的第一步就是要對(duì)給定的表面貼裝焊接技術(shù)的可靠性和失效機(jī)理有所了解。為此，需要有通用數(shù)據(jù)庫。雖然可能會(huì)發(fā)生基于單超限應(yīng)力的失效機(jī)理，但最常見的可靠性威脅是來自于由疲勞損傷引起的應(yīng)力松弛。理想的疲勞失效數(shù)據(jù)庫是根據(jù)低加速和高加速的結(jié)合試驗(yàn)得到的。對(duì)于接近共晶（易熔的）鉛錫焊料來說存在這樣的數(shù)據(jù)庫，但對(duì)于其它合金，目前不存在這種數(shù)據(jù)庫，特別是對(duì)于無鉛焊料。由于這個(gè)原因，試驗(yàn)器件在低加速試驗(yàn)中產(chǎn)生的平均失效次數(shù)大約比現(xiàn)場(chǎng)使用的實(shí)際壽命短10～20次。高加速試驗(yàn)大約短100～500次。試驗(yàn)加速度越大，試驗(yàn)結(jié)果反映出的現(xiàn)場(chǎng)條件性能越少。因此，低加速試驗(yàn)應(yīng)該更能最大程度地模擬預(yù)期的現(xiàn)場(chǎng)條件，但通常由于低加速試驗(yàn)所要求的時(shí)間和資源問題，使高加速試驗(yàn)成為必要試驗(yàn)。4．性能測(cè)試方法規(guī)范化的加速可靠性測(cè)試方法為首選方法，因?yàn)槠湓囼?yàn)數(shù)據(jù)可以用于形成可靠性基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。IPC-SM-785為加速可靠性測(cè)試方法的設(shè)計(jì)與實(shí)行提供技術(shù)基礎(chǔ)。特別推薦將本標(biāo)準(zhǔn)與IPC-SM-785一起使用，因?yàn)楸緲?biāo)準(zhǔn)介紹了SMT焊點(diǎn)失效物理機(jī)制，也就是導(dǎo)致焊點(diǎn)疲勞的各種機(jī)理。除了用公式說明失效的機(jī)理外，本標(biāo)準(zhǔn)還提供了基于實(shí)證研究的技術(shù)資料，從中可以獲得加速測(cè)試程序。IPC-SM-785給出了適當(dāng)?shù)木媾c免責(zé)條款。由于SMT焊點(diǎn)的疲勞壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了電子組件設(shè)計(jì)與研制通常所需的時(shí)間，因此加速試驗(yàn)就成為鑒定產(chǎn)品使用壽命的一個(gè)必要條件。IPC-9701為加速壽命試驗(yàn)的設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)方法。雖然加速壽命試驗(yàn)通常要在用戶與供應(yīng)商之間達(dá)成一致，但本標(biāo)準(zhǔn)的使用(按照需要稍作改動(dòng))將會(huì)使壽命試驗(yàn)規(guī)范化。本標(biāo)準(zhǔn)中的測(cè)試方法和要求可能在技術(shù)上沒做嚴(yán)格要求，但繼續(xù)使用與數(shù)據(jù)積累將會(huì)形成可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。4.1總要求表4－1列出了規(guī)定的和推薦參考的試驗(yàn)參數(shù)。規(guī)定的參數(shù)應(yīng)該嚴(yán)格遵守，不能有任何偏差。遵照所有規(guī)定的條件可以確保試驗(yàn)和結(jié)果通過工業(yè)驗(yàn)收；偏離某一特定的規(guī)定參數(shù)可能會(huì)被個(gè)別用戶接受但最終影響供應(yīng)商的試驗(yàn)結(jié)果通過工業(yè)驗(yàn)收。對(duì)于多種參數(shù)，建議使用推薦參考的以適應(yīng)更廣泛的工業(yè)兼容性和驗(yàn)收。應(yīng)該遵守推薦參考的參數(shù)，除非供應(yīng)商可以驗(yàn)證他們建議的偏差可以提高特定封裝的板級(jí)可靠性。4.2試驗(yàn)器件試驗(yàn)器件的正確設(shè)計(jì)與組裝是確保獲得正確有效數(shù)據(jù)的關(guān)鍵。4.2.1元器件說明表面貼裝元器件就是使用傳統(tǒng)的回流技術(shù)用焊料合金將元器件焊接到一塊電路板上。球柵陣列（BGA），小尺寸封裝（SOP）和芯片級(jí)封裝（CSP）都是一些典型的元器件類型。表4－1溫度循環(huán)要求，規(guī)定條件下的規(guī)定的與推薦參考的試驗(yàn)參數(shù)試驗(yàn)條件規(guī)定條件溫度循環(huán)（TC）條件：TC1TC2TC3TC4TC50℃~+100-25℃~+-40℃~+-55℃~+-55℃~+測(cè)試時(shí)間熱循環(huán)次數(shù)（NTC）要求：NTC-ANTC-BNTC-CNTC-DNTC-E無論哪種條件，首先：50％（最好為63.2％）累積失效（推薦參考測(cè)試時(shí)間）或200次循環(huán)500次循環(huán)1000次循環(huán)（推薦TC2,TC3和TC4）3000次循環(huán)6000次循環(huán)（推薦TC1）低溫駐留時(shí)間溫度極限（推薦）10分鐘+0/-10°C(+0/-5°C)[+0/-18°F(+0/-9°F)]高溫駐留時(shí)間溫度極限（推薦）10分鐘+10/-0°C(+5/-0°C)[+18/-0°F(+9/-0°F)]溫度緩變率20°C[36°F]/分鐘所有產(chǎn)品樣品的尺寸個(gè)元器件樣品（個(gè)試驗(yàn)樣品，個(gè)樣品做橫切測(cè)量，另外個(gè)樣品進(jìn)行再加工）印制線路（電路）板（PWB/PCB）厚度2.35mm[0.093in封裝/芯片模條件菊花鏈結(jié)構(gòu)的芯片模/封裝（見表4－2）試驗(yàn)檢測(cè)連續(xù)檢測(cè)（見表4－4，推薦使用事件檢測(cè)器）本鑒定要求標(biāo)準(zhǔn)將論述焊點(diǎn)的可靠性以及在其他板級(jí)熱循環(huán)干擾下元器件/印制板之間相互的熱機(jī)械影響，例如分層、過孔斷裂、電介質(zhì)斷裂等等。本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的默認(rèn)條件是使用菊花鏈結(jié)構(gòu)的芯片模以確保在板級(jí)溫度循環(huán)期間焊球可靠性、封裝材料以及芯片模級(jí)間的互連全部特性化。表4－2列出了免除菊花鏈結(jié)構(gòu)芯片模要求的類型。表4－3列出了免除類的特定參數(shù)要求。機(jī)械芯片模（如果允許）應(yīng)該按照尺寸和芯片模間的互連制造一個(gè)實(shí)際芯片模但要求包括菊花鏈線對(duì)或活性硅電路。表4－2菊花鏈要求免除類型規(guī)定條件全部產(chǎn)品特性化（默認(rèn)）菊花鏈結(jié)構(gòu)的芯片模免除類型A（見表4－3）菊花鏈結(jié)構(gòu)的封裝基片與機(jī)械芯片模（推薦菊花鏈結(jié)構(gòu)的芯片模）陶瓷封裝（基板厚>1mm[0.040in]，平均模數(shù)240-270Gpa）菊花鏈結(jié)構(gòu)的封裝基片（推薦菊花鏈結(jié)構(gòu)）4.2.1.1菊花鏈結(jié)構(gòu)芯片模/封裝試驗(yàn)器件的元器件封裝與芯片模應(yīng)該能代表產(chǎn)品元器件的特性：1．規(guī)定試驗(yàn)器件的元器件布局、結(jié)構(gòu)和材料必須能代表典型的產(chǎn)品元器件，包括芯片模連接粘合與工藝、填充與工藝、絲焊/倒裝芯片等等。2．試驗(yàn)器件的元器件的芯片模是菊花鏈結(jié)構(gòu)（如果適合條件）（見表4－2）。試驗(yàn)器件必須使用能代表產(chǎn)品元器件特性的封裝材料和尺寸，并且使用與產(chǎn)品元器件相同的芯片?；ミB、印制線結(jié)構(gòu)、過孔結(jié)構(gòu)以及層數(shù)等與外部引腳/焊球/焊盤連接。為了減少試驗(yàn)費(fèi)用，菊花鏈結(jié)構(gòu)的芯片模應(yīng)該與產(chǎn)品元器件的最大尺寸芯片模相符。對(duì)于塑料BGA/CSP的元器件，在板級(jí)溫度循環(huán)時(shí)，芯片模下方的焊球經(jīng)常最先失效；因此，菊花鏈必須覆蓋此區(qū)域，即使這些焊球只在接地/電源位置。對(duì)于陶瓷材料的元器件，角球最早失效，應(yīng)該為關(guān)鍵區(qū)域。分布在BGA/CSP焊球矩陣四周的電源/接地焊球不要求菊花鏈覆蓋；但菊花鏈點(diǎn)式結(jié)構(gòu)必須為所有器件排列/重要區(qū)域提供覆蓋等級(jí)。這種被單點(diǎn)連續(xù)檢測(cè)的菊花鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是可以的，但最好的是在每個(gè)器件上可以通過多網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行獨(dú)立檢測(cè)，這些網(wǎng)絡(luò)可以提供最先失效區(qū)域的其它信息。例如一個(gè)BGA/CSP（每個(gè)封裝有4－5個(gè)網(wǎng)絡(luò)），可以包含失效隔離，如下：（a）封裝角上的焊接件（b）外邊上的焊接件（c）芯片模邊緣底部或接近底部的焊接件（d）封裝中央的焊接件（如果有）對(duì)于菊花鏈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，高失效危險(xiǎn)區(qū)域應(yīng)該有獨(dú)立的菊花鏈網(wǎng)絡(luò)。表4－3免除試驗(yàn)的要求A：使用機(jī)械芯片模而不是PQ9701菊花鏈結(jié)構(gòu),先前通過IP9701驗(yàn)證。如果【新】器件不滿足下表免除類型A的要求，則適用于默認(rèn)的全部產(chǎn)品特性化類型內(nèi)容說明免除類免除類型A封裝體尺寸【新】110%[PQ9701]【新】120%[PQ9701]芯片模*尺寸【新】110%[PQ9701]【新】120%[PQ9701]焊球直徑（如果適用）【新】90%[PQ9701]【新】80%[PQ9701]被潤濕的焊盤直徑（如果適用）【新】90%[PQ9701]【新】80%[PQ9701]焊球間距或引腳間距【新】90%[PQ9701]【新】80%[PQ9701]焊球基準(zhǔn)距或引腳基準(zhǔn)距【新】90%[PQ9701]【新】80%[PQ9701]基片厚度【新】=[PQ9701]±20%【新】=[PQ9701]±40%增強(qiáng)片/散熱片尺寸（如果適用）【新】=[PQ9701]±20%【新】=[PQ9701]±40%環(huán)氧尸密封劑尺寸【新】=[PQ9701]±20%【新】=[PQ9701]±40%粘晶尺寸*（如果適用）【新】=[PQ9701]±20%【新】=[PQ9701]±40%填充*材料尺寸（如果適用）【新】=[PQ9701]±20%【新】=[PQ9701]±40%有機(jī)材料重要特性（模數(shù)、熱膨脹系數(shù)、強(qiáng)度極限等）【新】=[PQ9701]±20%【新】=[PQ9701]±20%有機(jī)材料供應(yīng)商（基片、粘晶、環(huán)氧樹脂模具、密封劑、填充材料等）【新】=[PQ9701]【新】=[PQ9701]鉛材料組成成分和鉛基金屬化【新】=[PQ9701]【新】=[PQ9701]增強(qiáng)片/散熱片材料（如果適用）【新】=[PQ9701]【新】=[PQ9701]焊球焊盤類型（SMD/NSMD等）（如果適用）【新】=[PQ9701]【新】=[PQ9701]球柵布局（全矩陣與減少粒子數(shù)）（如果適用）【新】=[PQ9701]【新】=[PQ9701]用于【新】器件完整的數(shù)字/分析模型**規(guī)定的推薦的*不適用于陶瓷基片（厚度大于等于1mm，平均模數(shù)為240～270GPa，無凸緣）。**分析方法必須通過驗(yàn)證—將預(yù)測(cè)值與【PQ9701】器件經(jīng)試驗(yàn)得到的焊點(diǎn)可靠性數(shù)據(jù)相比較。有機(jī)材料的重要特性數(shù)據(jù)（模數(shù)、熱膨脹系數(shù)、強(qiáng)度極限等）必須通過試驗(yàn)獲得。【New】＝新器件【PQ9701】＝試驗(yàn)數(shù)據(jù)符合IPC-9701全部產(chǎn)品特性化要求的器件。4.2.1.2焊球剪切試驗(yàn)如果符合條件，進(jìn)行焊球剪切試驗(yàn)。最小的剪切力平均為－3Σ，最少3個(gè)封裝，每個(gè)封裝10個(gè)焊球。沿著BGA/CSP邊緣平行于基片平面進(jìn)行剪切。剪切工具的高度應(yīng)該距芯片表面最小50μm[0.002in]。剪切試驗(yàn)的額定速度最好為500μm/秒【0.020in/秒】。剪切后的焊球失效模式應(yīng)該是大量焊料失效或銅箔園配剝離，金屬間失效為不合格。推薦以更高的速度進(jìn)行剪切試驗(yàn)，以便確定剪切速度對(duì)剪切強(qiáng)度與失效機(jī)理產(chǎn)生的影響。參見JESD22-B117BGA焊球剪切試驗(yàn)。4.2.1.3元器件的文件編制要求元器件文件編制的所有要求：1.封裝外形圖或參考JEDEC外形圖。2.芯片模內(nèi)部尺寸（長X寬X高）與方位（如果芯片模不是方形的）。3.菊花鏈連接圖/連線網(wǎng)表（最好為電子文檔）。4.測(cè)量的焊球/引腳共面性（底座面方法或最佳安裝位置）。5.與被測(cè)器件同批產(chǎn)的零部件的焊球剪切或引腳拉伸測(cè)試值（如果適用）以及失效模式，拉伸試驗(yàn)為可選試驗(yàn)。6.通過微云紋干涉測(cè)量法數(shù)據(jù)測(cè)量與被測(cè)器件同批產(chǎn)的零件的X、Y的熱膨脹系數(shù)（推薦面陣列封裝）。其它技術(shù)例如TMA也可適用，用于確定有效的熱膨脹系數(shù)。7.焊料潤濕焊盤尺寸（如果適用）。8.焊球焊盤類型（如果適用）（阻焊層限定（SMD）：阻焊層在焊盤上的覆蓋率；非阻焊層限定（NSMD）：阻焊層與焊盤間的開孔或在焊盤上的過孔）。9.鉛精加工/焊盤金屬化合物結(jié)構(gòu)，所有層面的厚度和焊料組成成分（如果適用）。10.菊花鏈互聯(lián)線路圖（從芯片模到引腳）（如果適用）。11.芯片模－引腳連線表（最好是電子文檔）。4.2.2印制線路（電路）板PWB/PCB布線、厚度和焊盤設(shè)計(jì)影響焊接件的完整性。規(guī)定的PWB厚度的標(biāo)準(zhǔn)參考值應(yīng)該是2.35mm[0.093in]（見表4－1）。推薦使用2個(gè)PWB厚度用于封裝系列的首次鑒定，有助于推斷實(shí)驗(yàn)結(jié)果的解析外推法的應(yīng)用。其它PWB的厚度可以根據(jù)用戶的使用要求而改變，可厚可薄。除了下面推薦的PWB試驗(yàn)板層結(jié)構(gòu)外，將PWB的層數(shù)設(shè)計(jì)成偶數(shù)也很重要，這樣可以形成對(duì)稱的橫截面和對(duì)稱的信號(hào)層。因?yàn)殂~和環(huán)氧玻璃的熱膨脹系數(shù)不同，如果不對(duì)稱的話，在工藝加工時(shí)PWB會(huì)翹曲。建議使用標(biāo)準(zhǔn)的PWB設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)菊花鏈結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)板。在元器件庫中確定封裝以及連接端子（如果使用），將所有封裝使用菊花鏈連接起來并為試驗(yàn)板設(shè)計(jì)實(shí)際的原理圖。這樣，使用生產(chǎn)PWB的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)流程就可以設(shè)計(jì)出試驗(yàn)板。這種設(shè)計(jì)流程通常包括交互工具和設(shè)計(jì)檢驗(yàn)，確保所有網(wǎng)絡(luò)連通。按照上述流程操作大大增加了PWB試驗(yàn)板初次完美設(shè)計(jì)的幾率。相反，假設(shè)有一個(gè)在CAD系統(tǒng)上設(shè)計(jì)的“簡單的”試驗(yàn)板，如果對(duì)所有零部件的電氣連接不進(jìn)行檢測(cè)，那么失效幾率將大大增加。4.2.2.1試驗(yàn)板的設(shè)計(jì)要求下面是試驗(yàn)板的設(shè)計(jì)要求：1．PWB最好為2.35mm[0.093in]厚，最少六層銅板；PWB增厚或變薄，則層數(shù)相應(yīng)成比例地增加或減少。2．如果封裝體尺寸大于40mm[1.57in]，PWB最好3.15mm[0.125in]厚，八層銅板。3．PWB的試驗(yàn)板最好與PWB產(chǎn)品用相同的材料和布線；但在所有情況下，規(guī)定必須測(cè)量玻璃軟化溫度Tg和x、y上的CTE。4．在內(nèi)層中偶數(shù)層上的電源層/接地層（PWB總層數(shù)為偶數(shù)）必須有70%的銅覆蓋率。5．在內(nèi)層中奇數(shù)層上的信號(hào)（PWB總層數(shù)為偶數(shù)）層必須有40%的銅覆蓋率。6．最好只在外層使用菊花鏈網(wǎng)。7．印制線最好被隔離以便可以在不損壞板上其它部件的情況下拆除任一部件。其它的參考跡線（只在通過自動(dòng)目視系統(tǒng)（例如3D激光）測(cè)量焊膏高度時(shí)使用）應(yīng)該設(shè)計(jì)在靠近焊盤的位置。這些跡線是必需的，因?yàn)槟恳曄到y(tǒng)需要在被焊膏覆蓋的焊盤表面有一個(gè)參考。8．雖然菊花鏈網(wǎng)絡(luò)通常不要求PWB試驗(yàn)板有過孔，但規(guī)定PWB試驗(yàn)板在焊盤最少50%的位置上包含有過孔，產(chǎn)生與PWB產(chǎn)品過孔相似的機(jī)械效能。9．建議進(jìn)行OSP（有機(jī)焊膜）表面涂層?？蛇x用HASL（熱風(fēng)焊料平整）工藝。10．如果適用，規(guī)定使用NSMD（非阻焊層限定）。11．與焊球焊接的PWB的焊盤直徑最好是元器件被焊料潤濕的焊盤直徑的80%~100%。12．每個(gè)菊花鏈網(wǎng)絡(luò)需要多探針式焊盤便于進(jìn)行失效分析。13．標(biāo)準(zhǔn)外層銅箔厚度最好為35μm[137.8μin]。14．外層印制線最小寬度最好為150μm[590.6μin]。15．如果可以，封裝體與相鄰封裝之間、接線端子或板邊緣需要最小5mm[0.2in]間隙，還要有拆除失效封裝所需的空間。16．對(duì)于阻焊劑對(duì)準(zhǔn)，表面貼裝焊盤上不允許有重疊現(xiàn)象。NSMD焊盤上不允許有阻焊劑。17．對(duì)于PWB板翹曲，要求在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（IPC-2221、IPC-6012和IPC-A-600）規(guī)定的范圍值內(nèi)。這些標(biāo)準(zhǔn)參見PWB翹曲“彎曲與扭轉(zhuǎn)”。18．用在鏡面（雙面）板上的元器件必須在鏡面結(jié)構(gòu)板上進(jìn)行測(cè)試。19．規(guī)定要有絲印或銅蝕刻（包括但不限制）的圖解說明—清楚地標(biāo)明試驗(yàn)板上的所有元器件、所有測(cè)試點(diǎn)以及用于正確封裝的插頭1的位置，這樣便于進(jìn)行組裝、ATC和失效分析。。4.2.2.2試驗(yàn)板的菊花鏈設(shè)計(jì)組裝后元器件上與PWB試驗(yàn)板上的菊花鏈連接成一個(gè)完整的菊花鏈網(wǎng)。建議將菊花鏈跡線鏈設(shè)計(jì)在PWB的頂層，這樣可以避免錯(cuò)誤判斷（過孔失效而誤認(rèn)為菊花鏈?zhǔn)В?。?qiáng)烈建議在裝配前對(duì)裸PWB進(jìn)行加速試驗(yàn)以確保質(zhì)量并減小在板級(jí)測(cè)試時(shí)過孔失效的可能性。規(guī)定必須對(duì)元器件/PWB菊花鏈進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)。但建議在每個(gè)菊花鏈網(wǎng)內(nèi)設(shè)計(jì)人工多探針式焊盤以便于失效隔離。在每個(gè)菊花鏈網(wǎng)內(nèi)使用多跳線定位能夠?qū)ζ渌氖恢眠M(jìn)行連續(xù)檢測(cè)。4.2.2.3試驗(yàn)板的文件編制要求下面是試驗(yàn)板所需的文件說明：1.PWB布局。2.電介質(zhì)材料。3.最好提供內(nèi)部印制線、板面和過孔幾何尺寸。4.外部幾何尺寸。5.鍍層拋光。6.x/y上的CTE（熱膨脹系數(shù)）測(cè)量值，推薦用TMA或云紋干涉法。7.測(cè)量的玻璃軟化溫度Tg。8.試驗(yàn)板在恒溫箱中的安放位置。4.2.3印制板（試驗(yàn)板）組裝大多數(shù)情況是利用大型回流輸送帶式焊爐和熱風(fēng)再加工工作臺(tái)將SMT器件組裝到電路板上。因此，最好使用這兩種回流方法將菊花鏈結(jié)構(gòu)的元器件組裝到試驗(yàn)板上。再加工是利用再加工設(shè)備進(jìn)行回流操作而不是將元器件重新使用。再加工的元器件應(yīng)該是原始未加工的，與大型回流組裝器件相同。在進(jìn)行大型回流或再加工操作前對(duì)菊花鏈結(jié)構(gòu)的元器件進(jìn)行吸濕可能會(huì)導(dǎo)致各種封裝接口處的分層。多種研究還表明印制板組裝參數(shù)的復(fù)雜性不但會(huì)影響產(chǎn)出率還會(huì)影響焊接件的可靠性。因此，附有焊接件可靠性試驗(yàn)結(jié)果的文件資料非常重要（包括下面列出的試驗(yàn)板組裝的文件資料）。粘附著或機(jī)械連接的散熱片會(huì)影響焊接件的可靠性，需要在專用的測(cè)試中進(jìn)行評(píng)估，不在本標(biāo)準(zhǔn)中說明。4.2.3.1印制板（試驗(yàn)板）組裝要求必須在組裝前對(duì)印制板（試驗(yàn)板）組裝定位工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化的工藝參數(shù)包括焊料量、焊膏對(duì)準(zhǔn)、印刷速度、刮刀壓力、漏板離網(wǎng)和熱溫度曲線等等。如果可以，應(yīng)該按照“印制板組裝生產(chǎn)前的元器件烘烤”的存儲(chǔ)/烘烤步驟。如果沒有確定元器件抗潮級(jí)別或烘烤規(guī)格，則默認(rèn)需要在125℃【257如果可以，應(yīng)該按照“再加工處理生產(chǎn)前的印制板烘烤”的存儲(chǔ)/烘烤步驟。如果沒有確定PWB抗潮級(jí)別或烘烤規(guī)格，則默認(rèn)需要在105℃【221必須在組裝后對(duì)所有焊接件進(jìn)行X射線檢測(cè)，確定焊接件的缺陷。焊點(diǎn)缺陷包括：橋接、開路、焊點(diǎn)丟失、大片空洞、焊球?qū)ξ徊涣家约叭鄙俳呛缚p。有總?cè)毕莸钠骷粦?yīng)該包括在可靠性評(píng)估中。如果檢測(cè)出多種總?cè)毕?，建議重復(fù)進(jìn)行制造過程優(yōu)化。必須對(duì)所有組裝件進(jìn)行電氣連通性檢測(cè)。菊花鏈結(jié)構(gòu)的起始電阻發(fā)生開路、短路或任何異常都是不合格的。不應(yīng)該在ATC中檢測(cè)起始電阻發(fā)生開路、短路/異常的樣品。4.2.3.2試驗(yàn)板組裝的文件編制下面列出了試驗(yàn)板組裝所需的資料：1.回流溫度特性說明，包括預(yù)熱溫度、緩變率、臨界峰值溫度（焊料、封裝表面以及印制板等）、在高于焊料液化溫度時(shí)的持續(xù)時(shí)間以及冷卻速率。包括回流氣壓、熱電偶位置以及連接結(jié)構(gòu)（形式）。2.焊料組成成分以及焊膏金屬比例、粒篩尺寸和助焊劑類型。3.標(biāo)定的焊膏量。4.標(biāo)定的焊接件基準(zhǔn)距。5.標(biāo)定的焊球尺寸或角焊縫形狀，最好使用對(duì)角橫截/X射線分層法。6.在每個(gè)試驗(yàn)板再加工現(xiàn)場(chǎng)完成的再加工次數(shù)（默認(rèn)值＝1）。4.3加溫測(cè)試方法4.3.1通過等溫老化進(jìn)行預(yù)處理最好選擇非商業(yè)用戶，組裝后的試驗(yàn)器件在大氣中進(jìn)行加溫老化（例如在100℃[212℉]下24小時(shí){(-0/＋5℃)，（-0/＋94.3.2溫度循環(huán)注：標(biāo)有*的段落是從JESD22-A104-B摘抄的。4.3.2.1*恒溫箱在加載最大載荷時(shí)，所使用的恒溫箱必須能夠提供并控制規(guī)定的溫度并在工作區(qū)循環(huán)記錄時(shí)間。對(duì)樣品的直接導(dǎo)熱應(yīng)該最小。必須通過下列一種或兩種方法對(duì)達(dá)到試樣溫度要求的每個(gè)恒溫箱進(jìn)行性能驗(yàn)證：（a）使用測(cè)量儀器和最大加載進(jìn)行定期校準(zhǔn)，并對(duì)固定的測(cè)溫工具熱電偶進(jìn)行的每一次溫度測(cè)量（確保運(yùn)行的可重復(fù)性）進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。（b）將測(cè)量器件放置在最惡劣溫度位置（可能是載荷的四角和中間位置），對(duì)每一次的測(cè)試進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。4.3.2.2*測(cè)試步驟樣品必須放置在大致沒有阻礙空氣流通的地方。如果需要特殊安裝，必須有特定說明。然后必須對(duì)試樣進(jìn)行規(guī)定循環(huán)次數(shù)下規(guī)定的溫度循環(huán)測(cè)試。在完成試驗(yàn)規(guī)定的全部循環(huán)次數(shù)時(shí)，可能會(huì)由于試驗(yàn)箱裝載或器件卸載、人工檢驗(yàn)中斷以及電源或設(shè)備故障等原因而引起試驗(yàn)中斷。但必須將中斷次數(shù)減到最少。如果要將熱電偶粘在樣品上，那么必須盡量少的使用粘膠劑或膠帶，以確保正確的溫度測(cè)量。在連接熱電偶或其它溫度測(cè)量儀器時(shí)，使用的方法應(yīng)該確保樣品總質(zhì)量達(dá)到溫度極限以及駐留/保溫時(shí)間的要求。在進(jìn)行焊點(diǎn)疲勞測(cè)試時(shí)，注意避免試驗(yàn)樣品的瞬時(shí)溫度坡度。熱質(zhì)量大且傳熱效率低的試樣需要足夠低的緩變率來彌補(bǔ)熱質(zhì)量。在溫度緩變過程中，試樣溫度與恒溫箱周圍溫度差應(yīng)該在幾度范圍內(nèi)。對(duì)于熱質(zhì)量大的試樣，可能需要使用單區(qū)恒溫箱來達(dá)到規(guī)定的緩變率。下面是規(guī)定的或推薦的條件：a）最好使用有空氣的單區(qū)恒溫箱，垂直放置印制板（試驗(yàn)板），最好與氣流平行。b）建議對(duì)恒溫箱內(nèi)不同位置的六塊板進(jìn)行溫度測(cè)量，2塊在恒溫箱的中間區(qū)域，4塊在四周。c）表4－1列出了每個(gè)溫度極限點(diǎn)的駐留時(shí)間、加熱和冷卻速率（緩變率）。印制板（試驗(yàn)板）上熱電偶的平均數(shù)用于計(jì)算緩變率。應(yīng)該在低溫保留的最大極限與高溫保溫的最小極限之間測(cè)量緩變率。4.3.3試驗(yàn)檢測(cè)4.3.3.1溫度檢測(cè)表4－4列出了溫度檢測(cè)要求。4.3.3.2菊花鏈的電氣檢測(cè)表4－4列出了對(duì)菊花鏈進(jìn)行電氣檢測(cè)的要求。必須通過事件檢測(cè)器/數(shù)據(jù)記錄器進(jìn)行連續(xù)的電氣檢測(cè)，事件檢測(cè)器為首選參考檢測(cè)方法。人工讀點(diǎn)不適用于連續(xù)檢測(cè)。焊點(diǎn)斷裂幾乎都與電氣有關(guān)——瞬時(shí)開路或高電阻連接。事件檢測(cè)器的主要優(yōu)點(diǎn)就是可以捕獲這些間歇的高電阻情況——通常在增加一個(gè)可測(cè)電阻前，焊點(diǎn)完全斷裂剛發(fā)生后出現(xiàn)。事件檢測(cè)器最嚴(yán)重的缺點(diǎn)就是由于測(cè)試儀器、電纜或接線端子微小的電氣噪聲造成的錯(cuò)誤的故障指示。數(shù)據(jù)記錄器探測(cè)并記錄電阻變化。規(guī)定使用數(shù)據(jù)記錄器進(jìn)行掃描，間隔時(shí)間不到1分鐘。除了使用連續(xù)檢測(cè)的方法外，還需要人工檢驗(yàn)以便減少故障誤判（由于連接電纜、接線端子、PWB試驗(yàn)板或測(cè)試儀器故障引起）。在熱循環(huán)間隔進(jìn)行人工檢測(cè)對(duì)連續(xù)檢測(cè)來說不是一個(gè)可選的方法。因?yàn)椴坏斯z測(cè)忽略高/低溫時(shí)的初始失效，而且失效持續(xù)時(shí)間的準(zhǔn)確度也取決于人工取樣頻率。此外，這種方法還擾亂試驗(yàn)的進(jìn)行，當(dāng)失效發(fā)生時(shí)不能確切地找到，非常浪費(fèi)時(shí)間。4.3.3.3失效定義事件檢測(cè)器定義的失效：第一次的中斷，持續(xù)最長1微秒，菊花鏈電阻值增加到100Ω或更大，在距初始失效10％的循環(huán)時(shí)間內(nèi)通過另外9個(gè)或更多事件證實(shí)失效。為了確定失效是由于互聯(lián)造成的就需要檢測(cè)大量的中斷。對(duì)于非互聯(lián)性失效造成的中斷（例如測(cè)試儀器、軟件故障），必須進(jìn)行說明。數(shù)據(jù)記錄器定義的失效：在最多5個(gè)連續(xù)檢測(cè)讀數(shù)/掃描內(nèi)最多20％的額定電阻值增加。表4－4給出了失效定義。表4－4試驗(yàn)檢測(cè)要求試驗(yàn)參數(shù)規(guī)定條件溫度（恒溫箱特性）恒溫箱初次啟動(dòng)時(shí)，對(duì)恒溫箱內(nèi)每塊板上的元器件的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)并記錄。利用試樣負(fù)載、試驗(yàn)板結(jié)構(gòu)和固定儀器進(jìn)行特性驗(yàn)證。溫度（恒溫箱測(cè)試過程中）連續(xù)監(jiān)測(cè)至少2塊試驗(yàn)板（恒溫箱中間和四周）上的2個(gè)元器件的溫度以及恒溫箱的環(huán)境溫度。電氣（高溫和低溫）連續(xù)瞬時(shí)事件監(jiān)測(cè)（推薦參考）或連續(xù)的電阻監(jiān)測(cè)（掃描所有菊花鏈的最長間隔時(shí)間＝1分鐘）。不允許人工檢測(cè)。失效定義事件檢測(cè)器：1000Ω，10個(gè)事件（最多），1微秒持續(xù)時(shí)間（最長），報(bào)告首次被驗(yàn)證為失效的時(shí)間。和/或數(shù)據(jù)記錄器/電壓表：20％額定電阻值增加（最多），5個(gè)讀數(shù)/掃描值（最多）。5．鑒定要求5.1熱循環(huán)范圍表4-1給出了熱循環(huán)要求。任何產(chǎn)品的熱循環(huán)要求應(yīng)該通過用戶根據(jù)產(chǎn)品特定的運(yùn)行環(huán)境確定。推薦參考：熱循環(huán)條件TC1（0℃[32℉]~100℃[212℉]），測(cè)試時(shí)間表4-1給出了熱循環(huán)要求。表4-1中給出了4個(gè)測(cè)試條件的溫度循環(huán)范圍及其允許的溫度極限。除了溫度極限外，測(cè)試條件TC1、TC3和TC4分別與JEDEC22-104A-A中的測(cè)試條件J、G和B相同。*注意：選擇測(cè)試條件時(shí)應(yīng)注意：1）給定測(cè)試條件下的Tmax可能超出PWB的玻璃軟化溫度范圍（Tg-25℃[45℉]），會(huì)使2）給定測(cè)試條件下的Tmax可能超出某些元器件材料的玻璃軟化溫度，可能會(huì)導(dǎo)致失效機(jī)理在設(shè)計(jì)應(yīng)用條件下不能被正常發(fā)現(xiàn)；3）熱膨脹系數(shù)差超出測(cè)試條件溫度范圍會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)板上過孔的過早失效，從而限制了被檢測(cè)器件的電子讀數(shù)性能。測(cè)試條件TC3與TC4的其它缺點(diǎn)：1）與試驗(yàn)板上高縱橫比的過孔的兼容性降低。2）在更大溫度范圍內(nèi)，試樣材料與測(cè)量材料特性的相關(guān)性降低。3）在給定的大多數(shù)電子應(yīng)用相對(duì)良性的實(shí)際使用的溫度范圍內(nèi)推斷使用壽命的精確度降低。5.2熱循環(huán)測(cè)試時(shí)間任何產(chǎn)品的熱循環(huán)測(cè)試時(shí)間要求應(yīng)該由用戶確定，以便滿足產(chǎn)品的特定運(yùn)行環(huán)境要求。表4-1給出了熱循環(huán)測(cè)試時(shí)間要求。推薦：溫度循環(huán)條件TC1（0℃~100℃[32℉~212℉]），測(cè)試時(shí)間NTC-E（*注意：在推斷產(chǎn)品使用環(huán)境中循環(huán)壽命的加速測(cè)試結(jié)果時(shí)必須注意。在溫度極限點(diǎn)駐留/保溫時(shí)間短會(huì)導(dǎo)致不完整的蠕變過程。因此，即使提供給加速試驗(yàn)的張力和應(yīng)力范圍可能比給運(yùn)行使用中提供的大，但加速試驗(yàn)的循環(huán)滯后回線可能會(huì)小。試驗(yàn)加速度主要是較短的平均失效時(shí)間之一，不一定是較少疲勞循環(huán)周期之一。如果在確定NTC等級(jí)前，試樣發(fā)生50%（最好是63.2%）的累計(jì)失效，那么測(cè)試時(shí)間由到最后失效樣品的失效循環(huán)次數(shù)決定。5.3試樣數(shù)量規(guī)定33個(gè)元器件進(jìn)行默認(rèn)的產(chǎn)品特性化試驗(yàn)（見表4-1）。其中32個(gè)被測(cè)試，1個(gè)在組裝后做橫切面。另外10個(gè)（最少）原始未加工的樣品進(jìn)行再加工裝配，強(qiáng)烈建議將它們對(duì)可靠性的影響列為全部默認(rèn)特性。免除類型A（見表4－3），不需要另外的試樣進(jìn)行再加工測(cè)試。5.4免除試驗(yàn)的要求必須滿足表4－3免除欄內(nèi)的條件才能免除試驗(yàn)。當(dāng)【新】器件滿足（IPC-9701全部默認(rèn)保護(hù)特性）此欄中規(guī)定的免除要求時(shí)不需要測(cè)試。6．失效分析失效分析的主要目的是確定電氣故障的位置、模式以及機(jī)理。在大多數(shù)情況下，故障是否發(fā)生在測(cè)試電纜/接線端子、試驗(yàn)板、焊接件或封裝內(nèi)部連接不是非常明顯。試驗(yàn)板、菊花鏈結(jié)構(gòu)芯片模以及整個(gè)連接電路圖的周密設(shè)計(jì)可以減少失效隔離的設(shè)計(jì)。6.1失效分析方法常見的失效分析方法有掃描電子顯微鏡（SEM）、X射線、掃描超聲波顯微鏡（CSAM）、橫切面（橫向平行）以及染色與滲透（組裝件加壓染色曝光，然后拆除機(jī)械封裝）。建議在失效非破壞性鑒定后，進(jìn)行橫切和染色與滲透評(píng)估。在測(cè)試（NTC級(jí)循環(huán)結(jié)束后零失效）結(jié)束后，供應(yīng)商必須進(jìn)行失效分析（每個(gè)試驗(yàn)板類型最少隨機(jī)選擇3個(gè)器件）以確保不遺漏由于菊花鏈設(shè)計(jì)失誤或檢測(cè)硬件故障而未被檢測(cè)出的失效。6.2數(shù)據(jù)與失效分析的文件編制要求下面規(guī)定了文件編制的要求：1.所有實(shí)驗(yàn)裝置（包括恒溫箱和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）的詳細(xì)說明，。2.印制板（試驗(yàn)板）與恒溫箱的溫度與時(shí)距曲線圖（恒溫箱啟動(dòng)特征數(shù)據(jù)）。3.數(shù)據(jù)記錄器樣品的電阻值與時(shí)距曲線圖。4.所有失效的疲勞循環(huán)周期的表列數(shù)據(jù)（最好為電子文檔）。5.所有失效的2－參數(shù)威伯爾圖表（建議）。6.失效分析樣品、失效模式鑒定（染色與滲透、CSAM、橫切、X射線或其它適合的鑒定方法）、根本原因確定（每個(gè)試驗(yàn)板類型最少3個(gè)試樣）以及主要的失效模式。7.對(duì)于NTC級(jí)循環(huán)后零失效的測(cè)試，進(jìn)行失效分析的文件資料（每個(gè)試驗(yàn)板類型最少隨機(jī)抽取3個(gè)器件）。8.單個(gè)典型的封裝/組裝板原點(diǎn)對(duì)角橫切的橫截面。7.質(zhì)量保證7.1檢驗(yàn)職責(zé)除非合同上另有規(guī)定外，供應(yīng)商負(fù)責(zé)履行所有檢驗(yàn)要求以確保產(chǎn)品質(zhì)量符合本標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定要求。用戶保留進(jìn)行規(guī)范中列出的任何檢驗(yàn)的權(quán)力以確保供應(yīng)與服務(wù)符合規(guī)定要求。7.2質(zhì)量合格檢驗(yàn)7.2.1組裝檢驗(yàn)必須對(duì)焊點(diǎn)的總?cè)毕葸M(jìn)行檢驗(yàn)——通過非破壞性的X射線技術(shù)對(duì)組裝件進(jìn)行檢驗(yàn)（見4.2.31.元器件檢驗(yàn)元器件共面性是否符合JEDEC要求。再檢查推薦的元器件烘烤步驟并確保符合要求。2.PWB檢驗(yàn)PWB翹曲是否符合IPC要求。目測(cè)阻焊層對(duì)位的偏差，NSD焊盤上阻焊層覆蓋面，NSMD不允許有阻焊層。3.組裝檢驗(yàn)焊膏型號(hào)和有效期、刮刀、漏板、PWB上焊膏的稠度以及封裝放置位置。要求焊膏覆蓋整個(gè)焊盤。檢驗(yàn)回流溫度曲線，確保符合生產(chǎn)規(guī)范。7.2.2熱循環(huán)檢驗(yàn)必須對(duì)熱溫度曲線中（通過熱電偶在3個(gè)熱循環(huán)間隔（開始、中間和結(jié)束）測(cè)量產(chǎn)生）的至少3個(gè)樣品進(jìn)行檢驗(yàn)。確保它們滿足第5部分規(guī)定的熱循環(huán)條件要求。7.2.3失效分析檢驗(yàn)必須按照6.1中的規(guī)定進(jìn)行失效分析。對(duì)于NTC級(jí)循環(huán)結(jié)束后零失效的試驗(yàn)，作橫斷面測(cè)量和染色與滲透的樣品必須用于制圖，確保滿足零失效條件。附錄AA.1加速因子還沒有完整地建立起能替代實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的焊點(diǎn)可靠性評(píng)估的分析與計(jì)算模型。估算加速因子的焊點(diǎn)可靠性模型可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)與資源由簡單到復(fù)雜。因此，元器件的最終用戶們?cè)絹碓蕉嗟乩脤?shí)驗(yàn)的與計(jì)算的焊點(diǎn)可靠性理論來估算實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)使用壽命。建議負(fù)責(zé)封裝設(shè)計(jì)與材料選擇的供應(yīng)商們能夠?yàn)楸粶y(cè)設(shè)備提供機(jī)械模型（力學(xué)模型）與材料性能參數(shù)表。需要考慮兩個(gè)加速因子：AF（循環(huán)數(shù)）——與焊點(diǎn)的循環(huán)疲勞壽命有關(guān)，是在給定使用環(huán)境中產(chǎn)品壽命的試驗(yàn)中獲得；AF（MTTF）——與焊點(diǎn)的失效時(shí)間有關(guān)，是在給定的使用環(huán)境中產(chǎn)品壽命的試驗(yàn)中獲得。根據(jù)疲勞循環(huán)，加速因子可表示為：AF（循環(huán)數(shù)）＝Nf（產(chǎn)品）/Nf（試驗(yàn)）（公式1）式中：Nf（產(chǎn)品）是使用中產(chǎn)品的平均疲勞壽命，Nf（50％）。Nf（試驗(yàn)）是在測(cè)試中模擬產(chǎn)品的試驗(yàn)設(shè)備的平均失效壽命，Nf（50％）。根據(jù)失效時(shí)間，加速因子可表示為：AF（MTTF）＝AF（循環(huán)數(shù)）×f（試驗(yàn)）/f（產(chǎn)品）（公式2）式中：f（試驗(yàn)）為試驗(yàn)的循環(huán)頻率，f（產(chǎn)品）為使用中的循環(huán)頻率。A.2加速因子計(jì)算實(shí)例下面是一個(gè)計(jì)算實(shí)例，用于比較主要變量產(chǎn)生的影響，僅供參考。由其它模型計(jì)算出的相似的加速因子（因?yàn)檫m用）也將包括在內(nèi)。以下給出的加速因子是基于IPC-D-279附錄A-3.1中的Engelmaier-Wild模型。需要指出：試驗(yàn)條件TC3和TC4的溫度循環(huán)范圍違反了下列模型警告的限制條件，這些限制條件是根據(jù)焊料受時(shí)間、溫度和應(yīng)力影響的特性制定的。在Engelmaier-Wild模型中，下面給出的疲勞韌性指數(shù)m表示在加速試驗(yàn)中焊點(diǎn)內(nèi)不完整的蠕變/應(yīng)力松弛過程。溫度越高，蠕變率越快，循環(huán)駐留時(shí)間越長，蠕變過程越完整（tD=半周期駐留時(shí)間，以分鐘為單位）。（公式3）下式中給出了焊點(diǎn)的平均循環(huán)溫度Tsj：（公式4）表A-1中給出了4種試驗(yàn)等級(jí)以及典型產(chǎn)品溫度循環(huán)下的m值。在不同的試驗(yàn)條件下，m值不同，因?yàn)槊總€(gè)試驗(yàn)等級(jí)的Tsj不同；對(duì)于不同的樣品溫度循環(huán)，m值是相同的，因?yàn)樵谒星闆r下Tsj＝30℃[54℉]，t表A-2中給出了4種試驗(yàn)等級(jí)以及4種典型溫度循環(huán)（表A-1）下有固定設(shè)計(jì)參數(shù)的給定元器件的平均疲勞壽命Nf（50％），數(shù)據(jù)基于IPC-D-279附錄A中焊接件的疲勞模型。還給出了AF(N)以及與平均失效時(shí)間有關(guān)的加速因子。應(yīng)該注意，Nf和AF來自同一PCB上同一元器件，壽命值的不同完全是因?yàn)樵囼?yàn)與產(chǎn)品使用條件的不同。表A-14種試驗(yàn)條件和4種典型的產(chǎn)品使用條件下的指數(shù)m值試驗(yàn)條件典型的產(chǎn)品溫度循環(huán)試驗(yàn)ΔTT(最低)T(最高)mΔTT(最低)T(最高)mTC1100°C[180°F]0°C[32°F]+100°C[212°F]2.44420°C[36°F]+20°C[68°F+40°C[104°F]2.210TC2125°C[225°F]-25°C[-13°F]+100°C[212°F]2.49060°C[108°F]0°C[32°F]+60°C[140°F]2.210TC3165[297-[-40+1[2572.47110[180-2[-4°F+8[1762.210TC4180[324°F-[-67+1[2572.49914[252°F-4[-40°F+10[212°F2.210表A-2給定元器件組裝件在4種試驗(yàn)條件和4種典型的產(chǎn)品使用條件下的平均疲勞壽命及其對(duì)應(yīng)的加速因子試驗(yàn)條件典型的產(chǎn)品溫度循環(huán)試驗(yàn)ΔTNf(505)Nf(1%)ΔTNf(505)Nf(1%)AF(N)AF(MTTF)TC1100°C[180°FC[36°F]2210007670012.9310.2T