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1、中国赛宝实验室中国赛宝实验室 罗 道 军罗 道 军 0086-2087237161, 无铅无铅焊点可靠性分析与经典案例 Reliability Makes Classic Ceprei-Rac- 第一章 焊点可靠性概论第一章 焊点可靠性概论 ?焊点的基本作用焊点的基本作用 ?焊点的主要失效模式焊点的主要失效模式 ?焊点的主要失效机理焊点的主要失效机理 Reliability Makes Classic Ceprei-Rac- 1.1 焊点基本作用互联1.1 焊点基本作用互联 Reliability Makes Classic Ceprei-Rac- 焊点的基本作用连接焊点的基本作用连接 ?机械
2、连接：固定元器件 ?电气连接：传导电信号 Reliability Makes Classic Ceprei-Rac- 如果焊点不可靠。如果焊点不可靠。 Reliability Makes Classic Ceprei-Rac- 主要失效模式：机械与热 应力导致的开路失效！ 主要失效模式：机械与热 应力导致的开路失效！ 1.2 焊点的主要失效模式1.2 焊点的主要失效模式 断裂开路失效 腐蚀失效 电迁移失效 对于检测合格的焊点，其主要失效模式：对于检测合格的焊点，其主要失效模式： Reliability Makes Classic Ceprei-Rac- 主要失效机理：热疲劳！主要失效机理：热疲
3、劳！ 1.3 焊点主要失效模式的失效机理1.3 焊点主要失效模式的失效机理 Reliability Makes Classic Ceprei-Rac- 热疲劳如何导致焊点失效？热疲劳如何导致焊点失效？ 引线脚 焊料 可焊性镀层 铜箔 有机基材 Joint Materials CTE不匹配！ Reliability Makes Classic Ceprei-Rac- 第2章 焊点的可靠性试验方法第2章 焊点的可靠性试验方法 ?焊点可靠性测试的基本内容 ?主要的可靠性试验方法 ?焊点可靠性试验中的检测方法 Reliability Makes Classic Ceprei-Rac- 2.1 可靠性试
4、验的基本内容2.1 可靠性试验的基本内容 根据焊点的主要失效模式与可能遇到的环境 应力来确定： ?Insulation resistance 绝缘电阻下降绝缘电阻下降 ?Corrosion 腐蚀腐蚀 ?Electrochemical Migration电化学迁移电化学迁移 Electrochemical reliability 电化学可靠性 ?Vibration fracture振动断裂振动断裂 ?Creep fracture蠕变断裂蠕变断裂 ?Thermal Fatigue fracture 热疲劳断裂热疲劳断裂 ?Static fracture静态断裂静态断裂Thermo mechanic
5、al reliabilitity 机械与热应力导致的可靠性 Reliability Makes Classic Ceprei-Rac- 2.2 焊点的可靠性试验标准2.2 焊点的可靠性试验标准 IPC- SM-785 Guidelines for Accelerated Reliability Testing of Surface Mount Attachments 表面安装焊接件 加速可靠性试验导则 表面安装焊接件 加速可靠性试验导则 IPC- 9701 Performance Test Methods and Qualification Requirements for Surface M
6、ount Solder Attachments 表面安装焊件性能试验方法与鉴定要求表面安装焊件性能试验方法与鉴定要求 IPC-TM- 650 Test Methods Manual 实验方法手册实验方法手册 Reliability Makes Classic Ceprei-Rac- 2.3 主要的可靠性试验方法2.3 主要的可靠性试验方法 机械应力 电化学 应力 热应力 类别 机械应力 电化学 应力 热应力 类别 湿热加电试验（湿热加电试验（ECM）高温高湿的工作环境高温高湿的工作环境 三点弯曲三点弯曲 Three-Point Bending按键与不准确的把握与移动按键与不准确的把握与移动 随
7、机振动随机振动 Random Vibration车载使用 机械跌落 车载使用 机械跌落 Mechanical Drop 跌落跌落 高压蒸煮试验 高温贮存（老化） 高压蒸煮试验 高温贮存（老化）贮存期间的热应力贮存期间的热应力 温度冲击温度冲击 Thermal Shock使用与转移现场温度的快速变化使用与转移现场温度的快速变化 温度循环温度循环Temperature Cycling日夜与季节导致的温度变化 使用与非使用状态的温度变化 日夜与季节导致的温度变化 使用与非使用状态的温度变化 试验项目与方法试验项目与方法可能的环境应力 （规定的条件） 可能的环境应力 （规定的条件） Reliabili
8、ty Makes Classic Ceprei-Rac- 2.3.1 热疲劳试验方法介绍温度循环012.3.1 热疲劳试验方法介绍温度循环01 40 Reliability Makes Classic Ceprei-Rac- 失效数据采集与监控系统：失效数据采集与监控系统： 事件检测：事件检测：Event Detector（10001,10） 电阻连续检测：电阻连续检测：Resistance Monitor，20（Ceprei） 热疲劳试验方法介绍温度循环02热疲劳试验方法介绍温度循环02 Reliability Makes Classic Ceprei-Rac- 2.3.2 振动试验 Vib
9、ration Test2.3.2 振动试验 Vibration Test ?参考试验标准：JESD-22-A110-B， GB2423.11，IPC-TM-65. 2.6.9 控制原理图 Reliability Makes Classic Ceprei-Rac- 2.3.3 机械跌落试验 Drop Test ?参考标准：GB2423 X Y PCB with PBGA mounted 1.0 1.3 m Y-axis10方向方向Impact Axis 10 times of initial daisy chain resistance value， 或无超过标准的开裂 ， 或无超过标准的开裂
10、Failure Criteria Tested until failure. Sample classified as pass if no failure within 30 times of impact，或，或10个方 向 个方 向1次，无失效次，无失效 Testing Mode 1.01.3 mDrop Height Guided Free-fallLoading Condition Reliability Makes Classic Ceprei-Rac- Daisy Chain Monitoring System Strain Measuring System Velocity M
11、onitoring System Video System Drop Tower 跌落试验方法解析 Reliability Makes Classic Ceprei-Rac- 2.3.4 弯曲试验 ?三点弯曲试验的原理与过程三点弯曲试验的原理与过程 Reliability Makes Classic Ceprei-Rac- 2.3.5 剪切强度测试BGA球推力 Ram Height- 50 m (2 mils) 25% of Ball Height Ram Width- about the ball size Shear Ram Solder Ball Shear Direction Subs
12、trate Ram Height Reliability Makes Classic Ceprei-Rac- BGA球剪切强度测试示例 DAGE 4000 Reliability Makes Classic Ceprei-Rac- 2.3.6 剪切强度测试2.3.6 剪切强度测试PCBA焊点推力PCBA焊点推力 Reliability Makes Classic Ceprei-Rac- 2.3.7 抗拉强度测试2.3.7 抗拉强度测试焊点拉力焊点拉力 Reliability Makes Classic Ceprei-Rac- 2.3.8 电迁移试验 ECM ?试验标准：IPC-TM-650 2
13、.6.14：85，85RH，500h，Via 10 V DC ?失效判据：电阻下降到低于原来的1/10，无枝晶生长，焊点无腐蚀。 时间（t/h）时间（t/h） 绝缘电阻绝缘电阻R（）（） Reliability Makes Classic Ceprei-Rac- 电迁移试验 ECM失效案例电迁移试验 ECM失效案例 Reliability Makes Classic Ceprei-Rac- Solder Joint Reliability Qualification for XXX ?如果无法或没有确认涂层的合金成分，元器件的供应商必须证明 其与工艺过程的兼容性与适用性。 ?下表指示了为了特定
14、合金的焊点的可靠性而需要做的可靠性试 验，这些试验是现有元器件日常管理与鉴定的一个补充。 Per Intel specification* (applies to matte-Sn and SnCu alloys only)Tin Whisker Per Intel specification*Vibe Per Intel specification*Shock 500 hours 85CBake 500 hours 85C/85RHTemp Humidity 1000 cycles TCX (-40C to 85C, 15 min. ramp/ 15 min. dwell)Temp Cycl
15、ing Test MethodTest 2.4 可靠性试验案例（1）2.4 可靠性试验案例（1） Reliability Makes Classic Ceprei-Rac- 鼠标与键盘主板无铅过渡可靠性测试矩阵鼠标与键盘主板无铅过渡可靠性测试矩阵 N/AN/A192 hours: test at 96 hours (PASS) and 192 hours for information. 100cycles mouse /keyboard 试验时间试验时间 Durations Pull the gull-wing lead upwards at 45angle with a speed of
16、10mm/min.For leadless component push the component away from the pad. Record the force value. For mouse, in 10 orientations, height as per product specs For keyboard, in 10 orientations height as per product specs 65C90%Rh for with Bias Mouse/Keyboard Minimum -40+85C 1h/cycle 测试条件测试条件 Conditions 3 gull-wing leads from 3 samples for
