中国赛宝实验室中国赛宝实验室罗 道 军罗 道 军0086-2087237161, luodj@无铅无铅焊点可靠性分析与经典案例Reliability Makes ClassicCeprei-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 ClassicCeprei-Rac----1.1 焊点基本作用－互联1.1 焊点基本作用－互联Reliability Makes ClassicCeprei-Rac----焊点的基本作用－连接焊点的基本作用－连接?机械连接：固定元器件?电气连接：传导电信号Reliability Makes ClassicCeprei-Rac----如果焊点不可靠如果焊点不可靠Reliability Makes ClassicCeprei-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 ClassicCeprei-Rac----主要失效机理：热疲劳！主要失效机理：热疲劳！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 ClassicCeprei-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 MaterialsCTE不匹配！Reliability Makes ClassicCeprei-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 ClassicCeprei-Rac----2.1 可靠性试验的基本内容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 mechanical reliabilitity 机械与热应力导致的可靠性Reliability Makes ClassicCeprei-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 Mount 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 ClassicCeprei-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）Reliability Makes ClassicCeprei-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 ClassicCeprei-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（（>1000××1,10））•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02Reliability Makes ClassicCeprei-Rac----2.3.2 振动试验 Vibration 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 ClassicCeprei-Rac----2.3.3 机械跌落试验 Drop Test?参考标准：GB2423XYPCB with PBGA mounted1.0～～ 1.3 mY-axis～～10×方向×方向Impact Axis10 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Failure CriteriaTested 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 Mode1.0～～1.3 mDrop HeightGuided Free-fallLoading ConditionReliability Makes ClassicCeprei-Rac----Daisy Chain Monitoring SystemStrain Measuring SystemVelocity Monitoring SystemVideo SystemDrop Tower跌落试验方法解析Reliability Makes ClassicCeprei-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 ClassicCeprei-Rac----2.3.5 剪切强度测试－BGA球推力Ram Height----- > 50 μ μm (2 mils) ≤ ≤25% of Ball HeightRam Width----- about the ball sizeShear RamSolder BallShear DirectionSubstrateRam HeightReliability Makes ClassicCeprei-Rac----BGA球剪切强度测试示例DAGE 4000Reliability Makes ClassicCeprei-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 ClassicCeprei-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 ClassicCeprei-Rac----2.3.8 电迁移试验 ECM?试验标准：IPC-TM-650 2.6.14：85℃，85％RH，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（Ω）（Ω）Reliability Makes ClassicCeprei-Rac----电迁移试验 ECM－失效案例电迁移试验 ECM－失效案例Reliability Makes ClassicCeprei-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 WhiskerPer Intel specification*VibePer Intel specification*Shock500 hours @ 85CBake500 hours @ 85C/85RHTemp Humidity1000 cycles TCX (-40C to 85C, 15 min. ramp/ 15 min. dwell)Temp CyclingTest MethodTest2.4 可靠性试验案例（1）2.4 可靠性试验案例（1）Reliability Makes ClassicCeprei-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 DurationsPull the gull-wing lead upwards at 45ºangle with a speed of 10mm/min.For leadless component push 。