无铅焊点可靠性的几种测试方法

在挑选焊接材料种类时，我们不但要关注焊接材料自身的机械性能，也要关注焊接材料所形成焊点的可靠性。实际上焊接材料的机械性能并不完全等同于焊点的机械性能，特别是对于无铅焊锡的焊点来说。焊料所形成的焊点，在焊料与焊盘的连接处形成MC，对于锡铅焊料，MC的机械强度要大于焊料自身的强度，当遭受外力冲击时，断裂处通常会穿过焊料本身，此时需要打的外力冲击能量。而无铅焊料产生的焊点则不同，在高速冲击下，断裂会出现在IMC处，并且随着冲击的速度增快，IMC处的断裂概率也会随之增加，并且不需要太强的外力冲击能量。因此各大厂家都越来越重视对无铅焊料所形成的焊点测试，通过它来评估无铅焊料的机械性能。具体测试有以下几种。

一、高温老化法：

高温老化法是较为常用的实验方法，简单可靠，一般焊点老化后性能都会有所下降，不同焊料之间，焊点性能所下降的程度不一样。具体方法是把试样品放到烘箱中老化 ，烘箱温度可选择150/180/200℃，时间可选择200/300/400h不等，然后再测试焊点强度，通过比较来评选好的焊料。

二、焊点高速冲击试验：

尽管大家注重无铅焊锡引起的脆性断裂问题，但是早期的裁切和拉伸测试方法使脆性断裂失效问题显得并不常见，这并不是因为脆性断裂不会产生，仅仅是是因为早期的测试体系不能提供一个稳定的力来证明这种失效模式的存在。近些年来工程师们研发了焊点高速冲击试验系统从而使试验变得简单化。

三、跌落试验：

跌落试验是传统的评估焊点可靠性的方法之一，简单易行，成本低，目前主要用于评估容易掉到地上的电子产品，例如手机等便携式电子产品。由于这类产品使用时极易掉落到地上，并会在电气方面出现故障，其中包括元器件和电路板之间的焊点出现破裂。此外跌落试验还可用来做对比试验，例如，针对无铅 WLCSP元器件做跌落测试时，可对比使用底部填充料与不使用底部填充料时焊点的可靠性，通常会发现使用底部填充料的无铅 WLCSP元器件可靠性能好。跌落试验可参考GB2423以及 JEDEC JESD22-B111标准进行。

四、板级测试

将要测评的焊料组装成测试板（通常做不同焊料对比试验），然后按需要选择测试方法

高低温冲击法。高低温冲击法的方法可按下列标准进行:

●IPC-SM-785《表面安装焊接件加速可靠性试验导则》；

●IPC-9701《表面安装焊接件加速可靠性试验方法与鉴定要求》；

●IPC-TM-650《实验方法手册》

具体做法是将焊接后的样板放在专用的高低温试验箱中，IPC-9701标准中设5种试验条件下的性能实验方法，从低要求的T100℃到严要求的T180℃C，计划分5个不同档次。温差越大，其条件越恶劣，即对焊点可靠性要求越高。

每个标准中在低温和高温各停留30min，每变化一次，为一个周期。通常一个试验要做2000~3000个周期，然后通过目测或按 IPC-TM6650标准测试评估。5个不同档次的温度差为：

●TC1：0℃/30min←→100℃，T为100℃推荐参考；

●TC2：-25℃/30min←→100/30min，T为125℃；

●TC3：-40/30min←→125/30min，T为165℃；

●TC4：-55/30min←→100C/30min，T为155℃；

●TC5：-55/30min←→125℃/30min，T为180℃

整个试验过程中按下述要求测试：

每100个周期判断龟裂发生率；

每500周期测试剥离强度。

上述试验是模仿电子产品工作状态进行的，即焊点由于自身的电阻，当有电流通过时会发热，而不工作时焊点恢复到室温，从高温到室温意味着焊点经受高低温的变化，在汽车电子中有些部位电子产品中焊点升温会达到80℃以上，如果再加上环境温度交替变化那么焊点升温还会更高。因此该试验方法实用性强，但试验周期长费用高，试验前应做好充分准备。

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