無鉛焊點可靠性的幾種測試方法

在挑選焊接材料種類時，我們不但要關注焊接材料自身的機械性能，也要關注焊接材料所形成焊點的可靠性。實際上焊接材料的機械性能并不完全等同于焊點的機械性能，特別是對于無鉛焊錫的焊點來說。焊料所形成的焊點，在焊料與焊盤的連接處形成MC，對于錫鉛焊料，MC的機械強度要大于焊料自身的強度，當遭受外力沖擊時，斷裂處通常會穿過焊料本身，此時需要打的外力沖擊能量。而無鉛焊料產生的焊點則不同，在高速沖擊下，斷裂會出現在IMC處，并且隨著沖擊的速度增快，IMC處的斷裂概率也會隨之增加，并且不需要太強的外力沖擊能量。因此各大廠家都越來越重視對無鉛焊料所形成的焊點測試，通過它來評估無鉛焊料的機械性能。具體測試有以下幾種。

一、高溫老化法：

高溫老化法是較為常用的實驗方法，簡單可靠，一般焊點老化后性能都會有所下降，不同焊料之間，焊點性能所下降的程度不一樣。具體方法是把試樣品放到烘箱中老化 ，烘箱溫度可選擇150/180/200℃，時間可選擇200/300/400h不等，然后再測試焊點強度，通過比較來評選好的焊料。

二、焊點高速沖擊試驗：

盡管大家注重無鉛焊錫引起的脆性斷裂問題，但是早期的裁切和拉伸測試方法使脆性斷裂失效問題顯得并不常見，這并不是因為脆性斷裂不會產生，僅僅是是因為早期的測試體系不能提供一個穩定的力來證明這種失效模式的存在。近些年來工程師們研發了焊點高速沖擊試驗系統從而使試驗變得簡單化。

三、跌落試驗：

跌落試驗是傳統的評估焊點可靠性的方法之一，簡單易行，成本低，目前主要用于評估容易掉到地上的電子產品，例如手機等便攜式電子產品。由于這類產品使用時極易掉落到地上，并會在電氣方面出現故障，其中包括元器件和電路板之間的焊點出現破裂。此外跌落試驗還可用來做對比試驗，例如，針對無鉛 WLCSP元器件做跌落測試時，可對比使用底部填充料與不使用底部填充料時焊點的可靠性，通常會發現使用底部填充料的無鉛 WLCSP元器件可靠性能好。跌落試驗可參考GB2423以及 JEDEC JESD22-B111標準進行。

四、板級測試

將要測評的焊料組裝成測試板（通常做不同焊料對比試驗），然后按需要選擇測試方法

高低溫沖擊法。高低溫沖擊法的方法可按下列標準進行:

●IPC-SM-785《表面安裝焊接件加速可靠性試驗導則》；

●IPC-9701《表面安裝焊接件加速可靠性試驗方法與鑒定要求》；

●IPC-TM-650《實驗方法手冊》

具體做法是將焊接后的樣板放在專用的高低溫試驗箱中，IPC-9701標準中設5種試驗條件下的性能實驗方法，從低要求的T100℃到嚴要求的T180℃C，計劃分5個不同檔次。溫差越大，其條件越惡劣，即對焊點可靠性要求越高。

每個標準中在低溫和高溫各停留30min，每變化一次，為一個周期。通常一個試驗要做2000~3000個周期，然后通過目測或按 IPC-TM6650標準測試評估。5個不同檔次的溫度差為：

●TC1：0℃/30min←→100℃，T為100℃推薦參考；

●TC2：-25℃/30min←→100/30min，T為125℃；

●TC3：-40/30min←→125/30min，T為165℃；

●TC4：-55/30min←→100C/30min，T為155℃；

●TC5：-55/30min←→125℃/30min，T為180℃

整個試驗過程中按下述要求測試：

每100個周期判斷龜裂發生率；

每500周期測試剝離強度。

上述試驗是模仿電子產品工作狀態進行的，即焊點由于自身的電阻，當有電流通過時會發熱，而不工作時焊點恢復到室溫，從高溫到室溫意味著焊點經受高低溫的變化，在汽車電子中有些部位電子產品中焊點升溫會達到80℃以上，如果再加上環境溫度交替變化那么焊點升溫還會更高。因此該試驗方法實用性強，但試驗周期長費用高，試驗前應做好充分準備。

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