焊点可靠性分析技术要点


  1. 可焊性的评估和测试

可焊性一般指金属表面被熔融焊料润湿的能力,润湿的过程如上所述,在电子行业中,可焊性评估的目的是验证元器件引脚或焊端的可焊性是否满足规定的要求和判断存储对元器件焊接到单板上的能力是否产生了不良影响,可焊性测试主要是测试镀层可润湿能力的稳健性(robustness)。可焊性测试通常用于判断元器件和PCB在组装前的可焊性是否满足要求。 焊料润湿性能的试验方法有很多种,包括静滴法(Sessile drop)、润湿称量法(Wetting balance也称润湿平衡法)、浸锡法等。

润湿称量法则是将试样浸入焊锡中,测量提升时的荷重曲线,然后根据该荷重曲线,得出对润湿时间以及浮力进行修正后的润湿力。

  以上两种方法为定量的方法,浸锡法则是定性的方法,是将试样浸入熔融焊料炉,观察焊料在镀层上的爬锡情况,凭经验定性评估镀层对焊料润湿情况,从而得出可焊性结论。

  这种方法具有快捷、方便和费用少等特点,但是它的重复性和再现性Gauge R&R差,两个人在不同时间进行同一测试可能会得出不同的结论。 可焊性的测试方法,代表性的标准为“IPC/EIA J-STD-003B印制板可焊性试验“IPC/EIA/JEDEC J-STD-002C元件引线、焊接端头、接线片及导线的可焊性测试。润湿称量法由于其具有良好的重复性和再现性,受到多个标准的推荐使用。

  影响可焊性的因素很多,主要有:焊料的合金组成、表面镀层(或者表面处理)、温度、助焊剂和时间等。目前用于电子装配的焊料合金,主要以锡添加其它金属组成,添加的金属类型和量的比例,对润湿性能有很大影响。镀层对润湿性能的影响,主要表现为两个方面:镀层的类型和镀层的老化。不同的镀层类型,其可焊性不同,另外,随着镀层由于存储时间的延长或其它原因造成老化时,其可焊性越来越差,但是不同类型的镀层老化对其可焊性的影响各不相同。温度对润湿性能也有很大影响,通常温度越高润湿性能越好。焊剂的活性越高,越能破坏镀层表面的氧化膜,越有助于提高润湿性能。时间的长短对于金属间化合物层结构的形成会造成影响。作为测量的标准并且确保测量的重复性和再现性,这些因素在试验前必须得到明确的规定。

  2.焊接能力的评估和测试

  焊接能力用于评价在特定的工艺条件下,助焊剂和焊料一起确保元器件焊接到PCB上的能力,与可焊性不能混为一谈。焊接能力涉及的是实际生产条件中,应用的工艺条件、材料包括助焊剂和焊料、元器件、PCB甚至包括设备、以及设计等这样一个组合。换句话说,焊接能力的良好与否,是工艺、材料、设备和设计等搭配的结果,不单单是镀层润湿能力是否良好所决定的。一个因素中的问题,可能通过调整另一个因素来获得优化。经过测试具有良好可焊性的PCB和元器件,如果工艺条件等不能配合,焊接同样会出问题,说明焊接能力太差。

  由于焊接能力涉及如此之多的因素,因此目前并没有测试标准,这是因为,业界存在太多的工艺、设备和材料的组合,标准根本无法罗列清楚,因此标准的制定变得不现实。因此焊接能力的评估和测试并不是通过试验决定,而是通过对实际的焊接后的产品来进行的。可用的措施,如外观的检查,通过利用X光进行的检查、各种功能的测试如,ICT测试等。目前还没有完整的评价体系。

  3. 焊点可靠性的评估和测试

  焊点可靠性指的是,焊点在规定的时间和规定的条件下,完成规定的功能而没有失效的可能性,用公式表示为R(t)=1-F(t)F(t)累计失效概率函数,它是一个焊点寿命的理论分布模型。R(t)就是一个焊点经试验后而没有发生故障的百分比。焊点的可靠性是电子产品可靠性中的一个方面,且是一个关键的也是最容易引起产品失效的因素。

  焊点可靠性是通过可靠性试验来获得的,通常是通过对少量的样本进行可靠性试验,然后对获得的数据进行统计分析得出关于寿命分布的函数,从而得出其可靠性。如果按照产品正常运行时的环境和条件进行试验的话,将会经历很长的时间,因此,可靠性试验往往利用加速试验的方法,即采用比产品正常运行情况下更严酷的条件,如提高温度或湿度,加快物理化学失效退化过程,以尽快获得数据。这就要求在计算时必须把加速模型中的失效概率、可靠性函数、失效率和平均失效时间等从加速试验条件转换到产品正常的运行条件。

  尽管采用了加速试验的方法,但仍然有可能需要很长的试验时间,因此对于产品可靠性是否可以接受,客户往往要求供应商通过可靠性认证试验来决定。客户预先规定试验的时间、条件和方法,只要产品在规定的条件和方法下试验时间达到规定的时间后没有发生失效,即算是通过可靠性认证

  4. 名词解释

  蠕变:固体材料在保持应力不变的条件下,应变随时间延长而增加的现象。它与塑性变形不同,塑性变形通常在应力超过弹性极限之后才出现,而蠕变只要应力的作用时间相当长,它在应力小于弹性极限施加的力时也能出现。许多材料(如金属、塑料、岩石和冰)在一定条件下都表现出蠕变的性质。由于蠕变,材料在某瞬时的应力状态,一般不仅与该瞬时的变形有关,而且与该瞬时以前的变形过程有关。许多工程问题都涉及蠕变。在维持恒定变形的材料中,应力会随时间的增长而减小,这种现象为应力松弛,它可理解为一种广义的蠕变。

  金相切片:又名切片,cross-section, x-section, 是用特制液态树脂将样品包裹固封,然后进行研磨抛光的一种制样方法,检测流程包括取样、固封、研磨、抛光、最后提供形貌照片、开裂分层大小判断、或尺寸等数据。是一种观察样品截面组织结构情况的最常用的制样手段。

  来源:搜狐

 


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