表面貼裝焊接點(diǎn)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

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

加速試驗(yàn)問題
在DFR方面，請(qǐng)參閱IPC-D-279《可靠的表面貼裝技術(shù)印制板裝配設(shè)計(jì)指南》?？墒?，在許多情況中，足夠的可靠性應(yīng)該通過加速試驗(yàn)來證實(shí)。IPC-SM-785《表面貼裝焊接的加速試驗(yàn)指南》給出了適當(dāng)?shù)募铀僭囼?yàn)指引。IPC-SM-785是一個(gè)指導(dǎo)性文件，不是標(biāo)準(zhǔn)，適當(dāng)?shù)募铀僭囼?yàn)要求相當(dāng)?shù)馁Y源與時(shí)間。由于沒有適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，出現(xiàn)了高度加速的實(shí)驗(yàn)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(yàn)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(diǎn)的可靠性設(shè)計(jì)到元件中去。需要一個(gè)客觀的手段來提供一個(gè)在競(jìng)爭的產(chǎn)品中比較可靠性的方法?；谶@個(gè)理由，開發(fā)出IPC-9701《表面貼裝焊接的性能實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)指標(biāo)要求》。

可靠性試驗(yàn)要求
雖然JEDEC的試驗(yàn)單獨(dú)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(yàn)?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(diǎn)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(jī)制。由于PCB在多數(shù)情況下是一個(gè)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(yàn)要設(shè)計(jì)來顯示適宜性，或一個(gè)給定元件因此而對(duì)各種運(yùn)作環(huán)境缺乏。為了試驗(yàn)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(yàn)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(píng)估不同的表面涂層，或任何其他變量，只要清楚地?cái)⑹隽伺cIPC-9701的不同之處。對(duì)產(chǎn)品運(yùn)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(yàn)條件和合格要求，一起有結(jié)果試驗(yàn)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(yàn)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(yàn)條件
試驗(yàn)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(yàn)條件下的性能實(shí)驗(yàn)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(yàn)條件下容易達(dá)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(shí)間對(duì)于所有試驗(yàn)條件都是10分鐘。

相對(duì)的慢加速TC1試驗(yàn)條件是基準(zhǔn)試驗(yàn)?zāi)康牡氖走x參考試驗(yàn)條件，因?yàn)樵撛囼?yàn)最接近地模仿實(shí)際使用條件，外部損傷機(jī)制支配的可能性最小。對(duì)實(shí)驗(yàn)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(duì)于試驗(yàn)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(jī)制。這個(gè)事實(shí)會(huì)破壞IPC-SM-785所述的焊接可靠性適當(dāng)加速試驗(yàn)的警告條件 - 焊錫的時(shí)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(jī)制，這些結(jié)果的混雜會(huì)造成對(duì)產(chǎn)品可靠性評(píng)估的加速試驗(yàn)結(jié)果的推斷出問題。無任如何，要為這些實(shí)驗(yàn)條件提供加速因子，以提供相對(duì)的指引。

加速因子與方程
存在兩個(gè)加速因子(AF, acceleration factor)：1) AF(循環(huán)) - 與焊點(diǎn)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(yàn)中獲得的，2) AF(時(shí)間) - 與焊點(diǎn)失效的時(shí)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(yàn)中獲得的。

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

時(shí)間的加速因子是：AF(時(shí)間) = AF(循環(huán)) x f(試驗(yàn)) / f(現(xiàn)場(chǎng))

IPC-9701使用Engelmaier-Wild焊點(diǎn)失效模型來評(píng)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(gè)目的，但是由于大多數(shù)這些模型是基于來自焊點(diǎn)加速可靠性試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)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(huì)預(yù)計(jì)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(shí)候。