表面貼裝焊接點試驗標準

本文介紹，由于有問題的測試方法和過分的主張，IPC開發了一個標準來保證正確的焊接點可靠性試驗。

　　理想的焊點形成一個可靠的、電氣上連續的、機械上穩固的聯接。適當的可靠性設計(DFR, design for reliability)是需要的，以保證適當的性能。使用DFR設計的焊點，當以良好的品質制造時，可以在產品的設計運行環境中工作到整個設計壽命。

　　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印制板裝配設計指南》?？墒?，在許多情況中，足夠的可靠性應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》給出了適當的加速試驗指引。IPC-SM-785是一個指導性文件，不是標準，適當的加速試驗要求相當的資源與時間。由于沒有適當的標準，出現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，比如試驗結果即意味著產品的可靠性。

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

　　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月發布的IPC-9701的主要目的是試驗那些受到發生在元件與PCB之間的熱膨脹不匹配所威脅的焊接點的可靠性。因此，應該考慮完全不同的物理參數和損壞機制。由于PCB在多數情況下是一個常數(考慮FR-4，厚度足夠防止由于PCB彎曲的應力釋放)，因此試驗要設計來顯示適宜性，或一個給定元件因此而對各種運作環境缺乏。為了試驗的目的，PCB與表面涂層應該標準化，使得它不影響試驗結果。

　　這些方面不應該妨礙在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。對產品運行環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，一起有結果試驗溫度范圍(ΔT)和平均循環溫度(Tsj)。也包括了相關的注釋，有關推薦的試驗條件和合格要求，以及超出IPC-SM-785警告的溫度循環范圍。

　　IPC-9701標準化了五種試驗條件下的性能實驗方法，從良性的0<->100oC的TC1參考循環條件到惡劣的-55<->125oC的TC4條件。符合合格要求的熱循環數(NTC)從NTC-A變化到NTC-E，NTC-A等于200次循環(在任何試驗條件下容易達到，基本上只保證適當的焊錫濕潤)，NTC-E等于6000次循環。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試驗條件是基準試驗目的的首選參考試驗條件，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。

　　IPC-9701也包括附帶條件，對于試驗條件TC3, TC4和TC5的溫度循環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加速試驗的警告條件 - 焊錫的時間、溫度、應力有關的材料性能的結果。由于多種損傷機制，這些結果的混雜會造成對產品可靠性評估的加速試驗結果的推斷出問題。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) - 與焊點的循環疲勞壽命有關，該壽命是在有關給定使用環境中產品壽命的試驗中獲得的，2) AF(時間) - 與焊點失效的時間有關， 它是在有關在給定的使用環境中產品壽命的試驗中獲得的。

　　循環失效的加速因子是：AF(循環) = N(現場) / N(試驗)。

　　時間的加速因子是：AF(時間) = AF(循環) x f(試驗) / f(現場)

　　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。當然，也存在其他模型可用于這個目的，但是由于大多數這些模型是基于來自焊點加速可靠性試驗的經驗數據，所得到的加速因子不應該與來源于焊錫疲勞數據的模型有太大區別。IPC委員會預計該文件的未來版本將包括來自其他模型的加速因子，當這些模型可以得到的時候。