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熱疲勞試驗方法一:溫度循環

日期: 2021-08-14 點擊: 207

       由于焊點通常需要面對溫度變化的環境條件,比如日夜與季節導致的溫度變化,使用與非使用狀態的溫度變化,位置改變導致的溫度變化等,以及焊點的不同材料結合的結構特點,這些溫度變化都會導致焊點材料的周期性蠕變,周期性的蠕變則最終會導致焊點疲勞失效,因此,要基于焊點的主要失效機理,首先選擇溫度循環試驗來考核焊點的可靠性。這種通過加大應力來進行的加速試驗的前提是,試驗全過程不能改變焊點的失效機理。因此,在選擇試驗方案或條件的時候,必須考慮應力及其水平的設置。按照IPC9701A的標準給出的條件,溫度循環的幅度分為五個等級,即TC1 ~TC5,低溫區最低溫度0~-55℃,高溫區+100~ 125℃,優選的條件是溫度循環在0 ~100℃,并且分別在最低和最高溫度點處保持10min,升溫或降溫速率小于等于20℃/min,以保持加速狀態的蠟變與實際情況一致。具體情況詳見下表。

                                                                                                     溫度循環試驗要求與推薦的條件

      為了確保加速應力條件下的焊點的失效機理與實際使用中的情況保持一致,標準IPC9701A推薦溫度循環的溫度范圍最好選擇TC1,即0 ~ 100℃。這時候,高溫階段仍然處于典型的PCB的玻璃化溫度之下,又不至于改變焊點的損傷機理。當然,在我們能夠確認焊點損傷的失效機理不變的情況下,其他的大范圍的TC也是可以選擇的,并且可以縮短試驗的時間。在試驗時間的選擇上,最好試驗到板面63.2%的焊點失效為止,因為這個時候正好對應的是這批焊點的特征壽命,并且可以很好地繪出精度較高的威布爾分布圖,求得相關的特征參數。如果試驗到50%的焊點失效,這一點對應的時間恰好是這批焊點的平均壽命,這樣也是可以接受的。當然,如果焊點的可靠性很好,要試驗到使50%或63.2%的焊點失效可能需要很長的時間。這個時候也可以選擇試驗適當的循環周期數,進行指定周期的定時截尾試驗。這是相對于點的可靠性水平,可以選擇NTC-A的200次循環,也可以選擇TC-E的6000次循環。對于大多數的循環溫度范圍而言。一般選擇NTC-C水平的1000次來進行試驗。溫速率要控制在20℃ /min以內,1h完成一個循環。同時,該標準建議,為了便于監測焊點的失效狀況,在相同工藝的前提下采用菊花鏈的測試結構來代替實際的PCBA。這樣只要工藝與材料不B變,得到的可靠性就可以與實際的PCBA的基本一致。

值得注意的是,IPC9701A是2006年版的,該版本引用的溫度循環的條件來自于JEDEC的標準JESD22-A104的B版本,而現在最新JESD22-A104的版本已經到了2009年的D版本了?,F在簡單地介紹一下該標準的最新情況:溫度循環的條件已經修改為11種,分別為(單位為℃)A(-55~85)B(-55~125)、C(-65~150)、G(-40~125)、H(-55~150 )、I(-40~115)、J(0 ~100)、K(0~125 )、L(-55- 110)、M(-40~150)、N(-40~85)。最低溫度允許的誤差為(+0,- 10);最高的溫度允許誤差為(+10/15,-0)。另外,也將最低或最高溫時的停留時間改成1min、5min、10min和15min共四種模式。而每個循環的時間長度從小于1h到3h不等,但是對于互連焊點,則推薦每個循環至少時長30min。

具體的試驗方法可參考相關的標準。

            A little bit of information per issue


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