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1、SMT生产线可靠性工艺鉴定试验总结报告单位 航天科技集团公司第九研究院二00厂 编制 校对 审核 批准 函审 SMT生产线可靠性工艺鉴定试验总结报告1. 情况概述：当前，随着SMT技术大量应用，型号产品特点逐渐向多元化和复杂化发展，为了适应小品种，多批量的生产模式，我厂于去年引进了一条SMT生产线，分别为DEK半自动丝网印刷机，MYDATA自动贴片机和IBL汽相回流炉。DEK248半自动丝网印刷机与前期引进的DEK全自动丝网印刷机相比，具有更高灵活性和自由度。MYDATA自动贴片机在中、小批量的生产上优势尤为明显，具有灵活性强，贴片精度和贴片能力高等特点（有引线间距可达最小可达0.1mm，引脚
2、宽度可达0.05mm，球形引脚最小间距可达0.16mm，焊球直径0.08mm），此外，针对多种规格的散料可定做相应的料带和料盘，适合当前型号任务的物料特点，极大的降低了人为操作带来的风险。丝网印刷工艺和贴片工艺均为成熟工艺方法，早在上世纪90年代中期，我厂就引进了航天系统内的第一条SMT成产线，由半自动丝网印刷机，半自动贴片机和四温区红外回流炉三部分组成，在20世纪初，又引进了一条全自动的SMT生产线，由全自动丝网印刷机，全自动高速贴片机和七温区热风回流炉组成，因此，在丝网印刷和贴装工艺方面，具有丰富的经验，相关工艺方法在十几年的生产实践中已经得到了验证。与上述两台设备相比，IBL汽相回流焊设
3、备的引进，带来了全新的汽相回流工艺技术。汽相回流焊技术诞生于1974，与传统的红外和热风回流焊工艺相比，汽相回流焊工艺在热传递效率，加热均匀性，峰值温度控制和防止二次氧化方面都具有一定的优势，但是，由于早期汽相液氟氯化碳的成本较高，对环境污染严重，一直未得到广泛应用。直到1992年以惰性气体合成的新型汽相液的诞生，汽相回流焊技术得到了进一步的发展，随着2000年ROHS标准的提出，在倡导低碳节能设备的同时，汽相回流焊技术已经越老越多的应用于有着高可靠性焊接质量要求的电子电力行业。随着元器件封装技术的不断发展，高密度，细间距，多I/0的元器件逐渐应用于型号产品中，通常一块印制电路板组装件上，包含
4、多种尺寸封装形式的元器件，从1.6mmX 0.8mm（0603封装）的阻容元器件到35mmX35mm1.27间距BGA封装器件（目前型号产品中常用的尺寸），由于元器件尺寸不同，在焊接过程中，需要的热容量存在差异，此外，随着无铅化的逐步普及，无铅元器件（目前以BGA居多）也越来越多的应用于目前型号产品中，由于焊点的熔化温度较高（普通SAC305无铅BGA熔化温度为217，Sn63Pb37BGA熔化温度为183），在焊接过程中，相较于有铅元器件，无铅元器件需要更高的温度和更大的热容量。因此，在保证大热容量元器件的焊接质量，防止小热容量封装元器件过热损伤情况下，在焊接过程中，具有更高热传导效率，更平
5、稳的升温速率，和可控峰值温度和可控时间的设备可以提供更可靠的焊接质量。汽相回流焊工艺由于加热原理与热风和红外回流焊技术不同，在上述几方面具有明显的优势，同时，由于汽相层密度大于空气，整个焊接过程相当于在无氧环境中进行，有效防止了焊接过程中二次氧化的发生。本次SMT生产线可靠性工艺鉴定试验重点内容为汽相回流焊工艺的可靠性验证。DEK半自动丝网机和MYDATA自动贴片机在已完成设备性能验收的前提下，不再单独对设备进行可靠性鉴定试验。因此，所有试验项目均围绕汽相回流焊工艺制定，具体试验项目试验进度见下表1试验项目进度汽相液沸点稳定性试验已完成设备加热效率试验已完成有铅元器件焊点可靠性试验已完成混装元
6、器件焊点可靠性寿命试验进行中X15型号产品焊点可靠性试验已完成X3X型号产品环境试验进行中X7型号产品环境试验进行中X41型号产品环境试验进行中 表1（注：除前两项试验外，其他试验均由三台设备共同完成）2. 试验方案2.1 试验依据 试验项目的制定和试验结果的判断依据下表3中各项标准标准名称参考内容GJB3243-98 电子元器件表面安装要求试验件焊点外观检验合格标准GJB4907 球栅阵列封装器件组装通用要求BGA焊点X-RAY检验合格标准ECSS-Q-ST-70-38C（高可靠性表面贴装焊接技术）1. 焊接可靠性试验方案制定；2. 焊点内部检验合格标准；ECSS-Q-ST-70-08C（高
7、可靠性电连接的手工焊接）1. 焊接可靠性试验方案制定；2. 焊点内部检验合格标准；IPC9701表面贴焊接接连接的性能测试方法及鉴定要求1. 焊点可靠性试验寿命试验方案制定；2. 焊点可靠性寿命检验和计算标准； 表32.2 试验内容 各试验项目方案依据相关标准和产品环境试验要求制定，具体试验内容见下表4试验项目试验内容汽相液沸点稳定性试验依据厂家提供的汽相液沸点温度，设备每次开机“HEATING UP”结束后，记录汽相层温度，并定期进行检查核对汽相层温度是否与厂家提供温度一致；设备加热效率试验比较不同负载在相同工艺参数下温度曲线的差异，找出影响印温度曲线变化的因素，总结相关规律；有铅元器件焊点
8、可靠性试验1. 根据现有产品特点设计印制板，采购元器件；2. 使用四种不同峰值温度焊接4块试验件，在外观检查合格的基础上进行金相剖切试验，观察焊点内部结构；3. 根据焊点内部结构，确定后续试验件的焊接温度曲线；4. 使用已确定的温度曲线焊接2块试验件；5. 将试验件依据ECSS-Q-ST-70-38C和ECSS-Q-ST-70-08C中相关内容进行振动试验和温度循环试验（两块试验件振动试验要求一致，温度循环试验分别为100次和200次）后进行金相剖切试验，观察焊点内部结构，如果焊点内部裂纹小于25%，证明焊点可靠性可以满足当前产品要求。混装元器件焊点可靠性寿命试验1. 根据IPC9701中试验
9、件要求设计印制板，采购菊花链元器件；2. 使用三种不同峰值温度焊接3块试验件，在外观检查合格的基础上进行金相剖切试验，观察焊点内部结构；3. 根据焊点内部结构，确定后续试验件的焊接温度曲线；4. 根据IPC9701用于计算可靠性寿命的试验件数量，使用已确定的温度曲线焊接40块试验件；5. 根据IPC9701中寿命试验内容，将试验件中的32块进行温度循环试验，试验过程中对菊花链元器件进行不间断的监控，同时，热循环次数大于1000次，目的是计算平均失效寿命（50）和累积失效百分比。通过对试验件平均失效寿命，无失效寿命，累积失效百分比三项数据的比较，分析混合焊接工艺的可靠性，从而得出采用混装工艺方法
10、产品的可靠性寿命。X15型号产品焊点可靠性试验1. 使用X15型号产品的印制板和其中两种BGA（1.27间距为无铅，0.8间距为有铅）2. 选用同类型封装元器件，模拟温度曲线，根据前期试验结果，确定焊接温度曲线；3. 使用已确定的温度曲线焊接一块试验件；4. 将试验件依据设计要求进行100次温度循环试验后进行金相剖切试验，观察焊点内部结构，如果焊点内部裂纹小于25%，证明焊点可靠性可以满足当前产品要求。X3X型号产品环境试验1. 使用X3X型号产品的印制板和元器件2. 选用同类型封装元器件，模拟温度曲线，根据前期试验结果，确定焊接温度曲线；3. 使用已确定的温度曲线焊接产品；4. 对本批次产品
11、进行相关的环境试验；X7型号产品环境试验1. 使用X7型号产品的印制板和元器件2. 选用同类型封装元器件，模拟温度曲线，根据前期试验结果，确定焊接温度曲线；3. 使用已确定的温度曲线焊接本批次产品；4. 对本批次产品进行相关的环境试验；X41型号产品环境1. 使用X41型号产品的印制板和元器件2. 选用同类型封装元器件，模拟温度曲线，根据前期试验结果，确定焊接温度曲线；3. 使用已确定的温度曲线焊接本批次产品；4. 对本批次产品进行相关的环境试验； 表42.3 试验设备设备名称厂家设备型号设备名称厂家设备型号丝网印刷机DEK248X光机XL6500型6500贴片机mydataMY100汽相回流
12、焊接炉IBL509快速温度变化试验箱银河KWGD6025III研磨机Struers桌面印制板检测系统VS8能谱分析仪振动台东菱ES20切割机BUEHLER Beta场发射扫描电子显微镜S-4300&Jenesis-60金相显微镜USFEN XZ-3OPTIPHOT 2003. 试验过程和结果3.1 汽相液沸点稳定性试验 汽相液沸点是决定焊接过程中峰值温度的关键因素。汽相液沸点稳定性试验目的是检测设备所选用的汽相液沸点温度是否发生变化。试验数据可直接由设备自带的传感器得出。3.1.1 试验过程设备每次汽相层稳定后，在设备状态中记录汽相层的温度。并将记录值填写到相应的记录表中。3.1.2 试验结果
13、 通过对半年时间相关记录的分析，汽相液沸点温度温度，未发生变化。3.2 设备加热效率试验 设备加热效是调整工艺参数的关键因素。设备加热效率试验目的是研究在负载不同，（即产品需要的热熔有差异的情况下）但是工艺参数相同（即程序设定相同）情况下，温度曲线的差异，根据温度曲线差异的规律调整针对不同负载生产时的工艺参数。因此，首选，需要根据现有产品特点，总结常用的印制板组装件类型。以印制板厚度，印制板面积，元器件材质，元器件布局密度4项因素，建立下列排列组合，其中，每种排列组合中的变量只有一种因素，具体组合内容见下表5：印制板厚度印制板面积元器件材料元器件布局密度组合12.0mm100mmX100mm塑
14、料密4.0mm100mmX100mm塑料密组合22.0mm100mmX100mm塑料密2.0mm400mmX400mm塑料密组合32.0mm100mmX100mm塑料密2.0mm100mmX400mm陶瓷密组合4（图1）2.0mm100mmX100mm塑料密2.0mm100mmX100mm塑料疏 表5 图1（组合4）3.2.1 试验过程根据表5中的排列组合要求制作试验件。分别记录在相同工艺参数下的峰值温度。每种组合中包含两种试验件，每种试验件至少需记录3次数值，并计算平均值。3.2.2试验结果 试验结果见下表6印制板厚度印制板面积元器件材料元器件布局密度峰值温度组合12.0mm100mmX100mm塑料密2264.0mm100mmX100mm塑料密215组合22.0mm100mmX100mm塑料密2252.0mm400mmX400mm塑料密226组合22.0mm100mmX100mm塑料密225
