表面貼裝焊接點試驗標(biāo)準(zhǔn)

理想的焊點形成一個可靠的、電氣上連續(xù)的、機械上穩(wěn)固的聯(lián)接。適當(dāng)?shù)目煽啃栽O(shè)計(DFR, design for reliability)是需要的，以保證適當(dāng)?shù)男阅?。使用DFR設(shè)計的焊點，當(dāng)以良好的品質(zhì)制造時，可以在產(chǎn)品的設(shè)計運行環(huán)境中工作到整個設(shè)計壽命。

加速試驗問題
在DFR方面，請參閱IPC-D-279《可靠的表面貼裝技術(shù)印制板裝配設(shè)計指南》?？墒牵谠S多情況中，足夠的可靠性應(yīng)該通過加速試驗來證實。IPC-SM-785《表面貼裝焊接的加速試驗指南》給出了適當(dāng)?shù)募铀僭囼炛敢?。IPC-SM-785是一個指導(dǎo)性文件，不是標(biāo)準(zhǔn)，適當(dāng)?shù)募铀僭囼炓笙喈?dāng)?shù)馁Y源與時間。由于沒有適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，出現(xiàn)了高度加速的實驗方法 - 不符合IPC-SM-785指引的方法 - 還有一些過分的主張，比如試驗結(jié)果即意味著產(chǎn)品的可靠性。

不斷縮小的元件尺寸現(xiàn)在要求將焊接點的可靠性設(shè)計到元件中去。需要一個客觀的手段來提供一個在競爭的產(chǎn)品中比較可靠性的方法?；谶@個理由，開發(fā)出IPC-9701《表面貼裝焊接的性能實驗方法和技術(shù)指標(biāo)要求》。

可靠性試驗要求
雖然JEDEC的試驗單獨地涉及到元件，但是2002年1月發(fā)布的IPC-9701的主要目的是試驗?zāi)切┦艿桨l(fā)生在元件與PCB之間的熱膨脹不匹配所威脅的焊接點的可靠性。因此，應(yīng)該考慮完全不同的物理參數(shù)和損壞機制。由于PCB在多數(shù)情況下是一個常數(shù)(考慮FR-4，厚度足夠防止由于PCB彎曲的應(yīng)力釋放)，因此試驗要設(shè)計來顯示適宜性，或一個給定元件因此而對各種運作環(huán)境缺乏。為了試驗的目的，PCB與表面涂層應(yīng)該標(biāo)準(zhǔn)化，使得它不影響試驗結(jié)果。

這些方面不應(yīng)該妨礙在IPC-9701中描述的方法的使用，以比較性地評估不同的表面涂層，或任何其他變量，只要清楚地敘述了與IPC-9701的不同之處。對產(chǎn)品運行環(huán)境的任何推斷都是無效的，例如該文件附錄A中所注釋的條件。

表一和二提供了IPC-9701的試驗條件和合格要求，一起有結(jié)果試驗溫度范圍(ΔT)和平均循環(huán)溫度(Tsj)。也包括了相關(guān)的注釋，有關(guān)推薦的試驗條件和合格要求，以及超出IPC-SM-785警告的溫度循環(huán)范圍。

表一、IPC-9701中描述的試驗條件
試驗條件 T(min) T(max) ΔT Tsj 注釋
TC1 0 oC +100 oC 100 oC 50 oC 推薦參考
TC2 -25 oC +100 oC 125 oC 37.5 oC
TC3 -40 oC +125 oC 165 oC 42.5 oC 違反IPC-SM-785
TC4 -55 oC +125 oC 180 oC 35 oC 違反IPC-SM-785
TC5 -55 oC +100 oC 155 oC 22.5 oC 違反IPC-SM-785

表二、IPC-9701中描述的合格要求
合格要求 循環(huán)數(shù) 說明
NTC-A 200　
NTC-B 500
NTC-C 1000 推薦參考TC2,TC3,TC4
NTC-D 3000
NTC-E 6000 推薦參考TC1

IPC-9701標(biāo)準(zhǔn)化了五種試驗條件下的性能實驗方法，從良性的0<->100oC的TC1參考循環(huán)條件到惡劣的-55<->125oC的TC4條件。符合合格要求的熱循環(huán)數(shù)(NTC)從NTC-A變化到NTC-E，NTC-A等于200次循環(huán)(在任何試驗條件下容易達到，基本上只保證適當(dāng)?shù)暮稿a濕潤)，NTC-E等于6000次循環(huán)。在T(min)和T(max)溫度極限的駐留時間對于所有試驗條件都是10分鐘。

相對的慢加速TC1試驗條件是基準(zhǔn)試驗?zāi)康牡氖走x參考試驗條件，因為該試驗最接近地模仿實際使用條件，外部損傷機制支配的可能性最小。對實驗條件TC1的首選合格要求是NTC-E，即等于6000次循環(huán)。

IPC-9701也包括附帶條件，對于試驗條件TC3, TC4和TC5的溫度循環(huán)范圍可能具有不止一種損傷機制。這個事實會破壞IPC-SM-785所述的焊接可靠性適當(dāng)加速試驗的警告條件 - 焊錫的時間、溫度、應(yīng)力有關(guān)的材料性能的結(jié)果。由于多種損傷機制，這些結(jié)果的混雜會造成對產(chǎn)品可靠性評估的加速試驗結(jié)果的推斷出問題。無任如何，要為這些實驗條件提供加速因子，以提供相對的指引。

加速因子與方程
存在兩個加速因子(AF, acceleration factor)：1) AF(循環(huán)) - 與焊點的循環(huán)疲勞壽命有關(guān)，該壽命是在有關(guān)給定使用環(huán)境中產(chǎn)品壽命的試驗中獲得的，2) AF(時間) - 與焊點失效的時間有關(guān)， 它是在有關(guān)在給定的使用環(huán)境中產(chǎn)品壽命的試驗中獲得的。

循環(huán)失效的加速因子是：AF(循環(huán)) = N(現(xiàn)場) / N(試驗)。

時間的加速因子是：AF(時間) = AF(循環(huán)) x f(試驗) / f(現(xiàn)場)

IPC-9701使用Engelmaier-Wild焊點失效模型來評估加速因子，該模型在IPC-D-279的附錄A中作了敘述。當(dāng)然，也存在其他模型可用于這個目的，但是由于大多數(shù)這些模型是基于來自焊點加速可靠性試驗的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，所得到的加速因子不應(yīng)該與來源于焊錫疲勞數(shù)據(jù)的模型有太大區(qū)別。IPC委員會預(yù)計該文件的未來版本將包括來自其他模型的加速因子，當(dāng)這些模型可以得到的時候。