李旭珍，任 康，劉丙金（.楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西楊凌，700；.西安航空計算技術(shù)研究所，陜西西安，70065）

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表面貼裝焊接工藝驗證方法研究

李旭珍1，任 康2，劉丙金2
（1.楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西楊凌，712100；2.西安航空計算技術(shù)研究所，陜西西安，710065）

摘要：針對表面貼裝焊接工藝，闡述了一種相對完善的工藝驗證流程。包括驗證件的選擇、外觀檢測、溫度循環(huán)試驗、振動試驗、金相分析，以及驗證合格的標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)。為表面貼裝焊接工藝驗證方法提供了參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：表面貼裝；工藝驗證；溫度循環(huán)

隨著電子封裝技術(shù)的發(fā)展，表面貼裝元器件種類越來越多，器件的封裝尺寸也向兩極發(fā)展，而對于新型器件的應(yīng)用需要進(jìn)行工藝驗證試驗，同時新的焊接工藝技術(shù)也需要有驗證試驗項目的支撐。

針對表面貼焊接工藝驗證，目前存在多個標(biāo)準(zhǔn)，而標(biāo)準(zhǔn)在適用性、具體內(nèi)容等方面相互之間存在差別，因此尋求一套完善的表面貼裝焊接工藝驗證方法成為目前迫切需要解決的問題。

1 可靠性試驗方法介紹

工藝驗證試驗是可靠性試驗中的一種，目前常用的可靠性試驗方法包括：溫度循環(huán)試驗、振動試驗、跌落試驗、高低溫存儲試驗、濕熱試驗、霉菌鹽霧試驗、電遷移試驗等等。由于導(dǎo)致焊點失效的主要失效模式是溫度循環(huán)導(dǎo)致的疲勞，所以常常使用溫度循環(huán)作為加速應(yīng)力，下面將重點介紹溫度循試驗方法。

2 溫度循環(huán)試驗方法

溫度循環(huán)試驗作為評估焊點可靠性的主要方法，在驗證方案設(shè)定時需考慮驗證樣件的數(shù)量、溫度條件的選擇、過程檢測方法、合格判據(jù)等方面。

2.1 驗證樣件的數(shù)量。為了保證驗證試驗的準(zhǔn)確性，需考慮驗證樣件的數(shù)量。一般來說，每一種類型和尺寸的元器件應(yīng)不少于3個，若需評估樣件的平均疲勞壽命，需加大驗證樣件的數(shù)量，根據(jù)IPC-9701A的要求，樣本量需要達(dá)到33個。

2.2 溫度條件的選擇。IPC-9701A制定了詳細(xì)的測試方法來評估電子組件表面貼裝焊接連接的性能和可靠性，其溫度循環(huán)（TC）的測試條件分為TC1：0℃～+100℃（首選參考）、TC2：-25℃～+100℃、TC3：-40℃～+125℃、TC4：-55℃～+125℃、TC5：-55℃～+100℃五種，熱循環(huán)次數(shù)（NTC）要求為：200次、500次、1000次（對TC2、TC3和TC4首選）、3000次、6000次（對TC1首選）。

對于溫度循環(huán)（TC）條件及熱循環(huán)次數(shù)（NTC），由用戶根據(jù)產(chǎn)品特定的運行環(huán)境條件確定。首選參考的測試條件應(yīng)該為：溫度循環(huán)TC1（0℃～100℃），測試時間NTC-E（6000次循環(huán)），以便測試結(jié)果能被業(yè)界接受。工藝驗證的條件選擇和具體實施上有以下注意事項：

1）溫度循環(huán)試驗的高低溫至少需要包含電子產(chǎn)品使用的工作環(huán)境溫度范圍；

2）如果僅作為新器件、新工藝準(zhǔn)入原則，在溫度循環(huán)條件上需考慮保守一些；

3）溫度變化速率選擇上盡量靠近實際工作的環(huán)境溫度變化速率，但在驗證試驗過程中為了提高試驗效率，往往提高試驗的溫度變化速率，但每分鐘不應(yīng)超過20℃，否則焊點的失效機(jī)理將發(fā)生改變。

2.3 過程檢測方法。在工藝驗證試驗過程中，建議采用菊花鏈的電氣監(jiān)測方式對試驗樣件進(jìn)行監(jiān)測。以便于了解焊點失效的準(zhǔn)確時間。目前常用的監(jiān)測方式有事件探測器與數(shù)據(jù)記錄器兩種。兩種監(jiān)測方式定義的失效為：

1）事件探測器定義的失效：第一次的中斷，持續(xù)最長1微秒，菊花鏈阻抗值增加到1000Ω或更大，在距初始失效循環(huán)次數(shù)的10%內(nèi)通過另外9個或更多證實失效；

2）數(shù)據(jù)記錄器定義的失效：在最多5個連續(xù)檢測讀數(shù)/掃描內(nèi)最多增加20%的額定阻抗。

將阻抗變化作為失效判據(jù)在應(yīng)用上存在一些缺陷，對于微裂紋引起的阻抗變化并不明顯，因此試驗后進(jìn)行金相切片分析是十分必要的。

2.4 合格判據(jù)。對于選定的溫度循環(huán)條件及熱循環(huán)次數(shù)下，不發(fā)生兩種監(jiān)測方式定義的失效，則判定為驗證通過。對于NTC級循環(huán)結(jié)束后零失效狀況下結(jié)束的測試，必須進(jìn)行失效分析，以確保不遺漏由于菊花鏈設(shè)計失誤或測試硬件故障而導(dǎo)致的失效，常見的失效分析方法包括：光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡（SEM）、X射線、掃描超聲顯微鏡（CSAM）、金相切片以及染色與滲透。

3 工藝驗證流程

在工藝驗證實施之前，設(shè)計完整的驗證流程是十分重要的，根據(jù)歐洲空間標(biāo)準(zhǔn)合作組織（ECSS）發(fā)布的ECSS-Q-ST-70-38C標(biāo)準(zhǔn)，推薦的表面貼裝工藝驗證流程如圖1所示：

圖1 驗證流程圖

需要注意的是：

1）對于溫度循環(huán)試驗和振動試驗，在時間順序上沒有強(qiáng)制要求；

2）試驗過程中的加電測試是推薦而非必須的，加電測試的目的是為了更準(zhǔn)確的知道試驗樣件具體的失效時間，以便于對樣件的實際工作壽命進(jìn)行評估；

3）溫度循環(huán)試驗及振動試驗的具體條件需用戶或制造商根據(jù)產(chǎn)品的具體使用環(huán)境確定。

4 結(jié)論

隨著電子封裝技術(shù)的發(fā)展，對表面貼裝焊接工藝驗證的要求也越來越突出。通過本研究，形成了一種相對完善的工藝驗證流程，為表面貼裝焊接工藝驗證方法提供了指導(dǎo)，用戶可以根據(jù)產(chǎn)品的具體特點選擇相應(yīng)的驗證條件進(jìn)行實施。

參考文獻(xiàn)

［1］羅道軍主編.電子組裝工藝可靠性技術(shù)與案例研究［M］.電子工業(yè)出版社，2015年9月.

［2］IPC-9701A Performance Test Methods and Qualication Requirements for Surface Mount Solder Attachments. Developed by the SMT Attachment Reliability Test Methods Task Group（6-10d）of the Product and Reliability Committee（6-10）of IPC，2006年2月.

［3］ECSS-Q-ST-70-38C High-reliability soldering for surfacemount and mixed technology. Developed by the European Space Agency for the members of ECSS，2008 年7月.

A Process Vertification Method Research for Surface Mount Technology

Li Xuzhen1，Ren Kang2，Liu Bingjin2
（1.Yangling Vocational & Technical College，yangling，712100 2.Xi’an Aeronautics Computing Technique Research Institute，AVIC，Xi’an，710065）

Abstract：A preferable process vertification method for surface mount technology is suggested in this paper，including the choosing of vertification test boards、surface inspection、temperature cycling test、vibration、microsection and certification standard.At the same time，this process vertification method makes reference to a basis for surface mount technology.

Keywords：surface mount technology；process vertification；temperature cycling