无铅焊点可靠性分析与经典案例

中国赛宝实验室罗道军0086-2087237161,[e-mail]无铅焊点可靠性分析与经典案例ReliabilityMakesClassicCeprei-Rac----第一章焊点可靠性概论„焊点的基本作用„焊点的主要失效模式„焊点的主要失效机理ReliabilityMakesClassicCeprei-Rac----焊点基本作用－互联ReliabilityMakesClassicCeprei-Rac----焊点的基本作用－连接™机械连接：固定元器件™电气连接：传导电信号ReliabilityMakesClassicCeprei-Rac----如果焊点不可靠。。。ReliabilityMakesClassicCeprei-Rac----主要失效模式：机械与热应力导致的开路失效！1.2焊点的主要失效模式•断裂开路失效•腐蚀失效•电迁移失效对于检测合格的焊点，其主要失效模式：ReliabilityMakesClassicCeprei-Rac----主要失效机理：热疲劳！1.3焊点主要失效模式的失效机理ReliabilityMakesClassicCeprei-Rac----热疲劳如何导致焊点失效？•引线脚•焊料•可焊性镀层•铜箔•有机基材JointMaterialsCTE不匹配！ReliabilityMakesClassicCeprei-Rac----章焊点的可靠性试验方法„焊点可靠性测试的基本内容„主要的可靠性试验方法„焊点可靠性试验中的检测方法ReliabilityMakesClassicCeprei-Rac----可靠性试验的基本内容根据焊点的主要失效模式与可能遇到的环境应力来确定：„Insulationresistance绝缘电阻下降„Corrosion腐蚀„ElectrochemicalMigration电化学迁移Electrochemicalreliability电化学可靠性„Vibrationfracture振动断裂„Creepfracture蠕变断裂„ThermalFatiguefracture热疲劳断裂„Staticfracture静态断裂Thermomechanicalreliabilitity机械与热应力导致的可靠性ReliabilityMakesClassicCeprei-Rac----主要的可靠性试验方法机械应力电化学应力热应力类别湿热加电试验（ECM）高温高湿的工作环境三点弯曲Three-PointBending按键与不准确的把握与移动随机振动RandomVibration车载使用机械跌落MechanicalDrop跌落高压蒸煮试验高温贮存（老化）贮存期间的热应力温度冲击ThermalShock使用与转移现场温度的快速变化温度循环TemperatureCycling日夜与季节导致的温度变化使用与非使用状态的温度变化试验项目与方法可能的环境应力（规定的条件）ReliabilityMakesClassicCeprei-Rac----热疲劳试验方法介绍－温度循环01－40℃ReliabilityMakesClassicCeprei-Rac----失效数据采集与监控系统：•事件检测：EventDetector（1000×1,10）•电阻连续检测：ResistanceMonitor，＋20％（Ceprei）热疲劳试验方法介绍－温度循环02ReliabilityMakesClassicCeprei-Rac----„参考试验标准：JESD-22-A110-B，GB2423.11，IPC-TM-65.2.6.9控制原理图ReliabilityMakesClassicCeprei-Rac----„参考标准：GB2423XYPCBwithPBGAmounted1.0～1.3mY-axis～10×方向ImpactAxis10timesofinitialdaisychainresistancevalue，或无超过标准的开裂FailureCriteriaTesteduntilfailure.Sampleclassifiedaspassifnofailurewithin30timesofimpact，或10个方向×1次，无失效TestingMode1.0～1.3mDropHeightGuidedFree-fallLoadingConditionReliabilityMakesClassicCeprei-Rac----弯曲试验„三点弯曲试验的原理与过程ReliabilityMakesClassicCeprei-Rac----剪切强度测试－BGA球推力RamHeight-----50μm(2mils)≤25%ofBallHeightRamWidth-----abouttheballsizeShearRamSolderBallShearDirectionSubstrateRamHeightReliabilityMakesClassicCeprei-Rac----剪切强度测试－PCBA焊点推力ReliabilityMakesClassicCeprei-Rac----抗拉强度测试－焊点拉力ReliabilityMakesClassicCeprei-Rac----„试验标准：IPC-TM-6502.6.14：85℃，85％RH，500h，Via10VDC„失效判据：电阻下降到低于原来的1/10，无枝晶生长，焊点无腐蚀。时间（t/h）绝缘电阻R（Ω）ReliabilityMakesClassicCeprei-Rac----－失效案例ReliabilityMakesClassicCeprei-Rac----„如果无法或没有确认涂层的合金成分，元器件的供应商必须证明其与工艺过程的兼容性与适用性。„下表指示了为了特定合金的焊点的可靠性而需要做的可靠性试验，这些试验是现有元器件日常管理与鉴定的一个补充。PerIntelspecification**(appliestomatte-SnandSnCualloysonly)TinWhiskerPerIntelspecification*VibePerIntelspecification*Shock500hours@85CBake500hours@85C/85RHTempHumidity1000cyclesTCX(-40Cto85C,15min.ramp/15min.dwell)TempCyclingTestMethodTest2.4可靠性试验案例（1）ReliabilityMakesClassicCeprei-Rac----:testat96hours(PASS)and192hoursforinformation.100cyclesmouse/keyboard试验时间DurationsPullthegull-wingleadupwardsat45ºanglewithaspeedof10mm/min.Forleadlesscomponentpushthecomponentawayfromthepad.Recordtheforcevalue.Formouse,in10orientations,heightasperproductspecsForkeyboard,in10orientationsheightasperproductspecs65C90%RhforwithBiasMouse/KeyboardMinimum-40+85C1h/cycle测试条件Conditions3gull-wingleadsfrom3samplesforeachprocess:Sn-PbandleadfreeCapacitorsfrom3samplesforeachprocess:SnPbandleadfree6samples12samples:12samples:样品数量Samplesize推拉力单体跌落高温高湿温度循环鉴定测试项目2.4可靠性试验案例（2）ReliabilityMakesClassicCeprei-Rac----μmFailmouseinfoormskeyWhiskerslongerthan60μmInspectforDendritesgrowthFailmouseinfoormskeyFromcrosssections1.crackslongerthan25%ofthesolderjoints;2.Voidsabove25%ofsolderjoint;3.Heattransfercompromisedbyvoids.Whiskerslongerthan60μm功能测试与失效标准Functionaltest&Failurecriteria2componentspertypeandforcornerlots(capacitor,resistor,BG