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文檔簡介
汽相再流焊可靠性鑒定試驗總結報告 SMT生產(chǎn)線可靠性工藝鑒定試驗總結報告單位航天科技集團公司第九研究院二00廠編制校對審核批準函審-1-SMT生產(chǎn)線可靠性工藝鑒定試驗總結報告1.情況概述當前,隨著SMT技術大量應用,型號產(chǎn)品特點逐漸向多元化和復雜化發(fā)展,為了適應小品種,多批量的生產(chǎn)模式,我廠于去年引進了一條SMT生產(chǎn)線,分別為DEK半自動絲網(wǎng)印刷機,MYDATA自動貼片機和IBL汽相回流爐。 DEK248半自動絲網(wǎng)印刷機與前期引進的DEK全自動絲網(wǎng)印刷機相比,具有更高靈活性和自由度。 MYDATA自動貼片機在中、小批量的生產(chǎn)上優(yōu)勢尤為明顯,具有靈活性強,貼片精度和貼片能力高等特點(有引線間距可達最小可達0.1mm,引腳寬度可達0.05mm,球形引腳最小間距可達0.16mm,焊球直徑0.08mm),此外,針對多種規(guī)格的散料可定做相應的料帶和料盤,適合當前型號任務的物料特點,極大的降低了人為操作帶來的風險。 絲網(wǎng)印刷工藝和貼片工藝均為成熟工藝方法,早在上世紀90年代中期,我廠就引進了航天系統(tǒng)內的第一條SMT成產(chǎn)線,由半自動絲網(wǎng)印刷機,半自動貼片機和四溫區(qū)紅外回流爐三部分組成,在20世紀初,又引進了一條全自動的SMT生產(chǎn)線,由全自動絲網(wǎng)印刷機,全自動高速貼片機和七溫區(qū)熱風回流爐組成,因此,在絲網(wǎng)印刷和貼裝工藝方面,具有豐富的經(jīng)驗,相關工藝方法在十幾年的生產(chǎn)實踐中已經(jīng)得到了驗證。 -2-與上述兩臺設備相比,IBL汽相回流焊設備的引進,帶來了全新的汽相回流工藝技術。 汽相回流焊技術誕生于1974,與傳統(tǒng)的紅外和熱風回流焊工藝相比,汽相回流焊工藝在熱傳遞效率,加熱均勻性,峰值溫度控制和防止二次氧化方面都具有一定的優(yōu)勢,但是,由于早期汽相液氟氯化碳的成本較高,對環(huán)境污染嚴重,一直未得到廣泛應用。 直到1992年以惰性氣體合成的新型汽相液的誕生,汽相回流焊技術得到了進一步的發(fā)展,隨著2000年ROHS標準的提出,在倡導低碳節(jié)能設備的同時,汽相回流焊技術已經(jīng)越老越多的應用于有著高可靠性焊接質量要求的電子電力行業(yè)。 隨著元器件封裝技術的不斷發(fā)展,高密度,細間距,多I/0的元器件逐漸應用于型號產(chǎn)品中,通常一塊印制電路板組裝件上,包含多種尺寸封裝形式的元器件,從1.6mmX0.8mm(0603封裝)的阻容元器件到35mmX35mm1.27間距BGA封裝器件(目前型號產(chǎn)品中常用的尺寸),由于元器件尺寸不同,在焊接過程中,需要的熱容量存在差異,此外,隨著無鉛化的逐步普及,無鉛元器件(目前以BGA居多)也越來越多的應用于目前型號產(chǎn)品中,由于焊點的熔化溫度較高(普通SAC305無鉛BGA熔化溫度為217,Sn63Pb37BGA熔化溫度為183),在焊接過程中,相較于有鉛元器件,無鉛元器件需要更高的溫度和更大的熱容量。 因此,在保證大熱容量元器件的焊接質量,防止小熱容量封裝元器件過熱損傷情況下,在焊接過程中,具有更高熱傳導效率,更平穩(wěn)-3-的升溫速率,和可控峰值溫度和可控時間的設備可以提供更可靠的焊接質量。 汽相回流焊工藝由于加熱原理與熱風和紅外回流焊技術不同,在上述幾方面具有明顯的優(yōu)勢,同時,由于汽相層密度大于空氣,整個焊接過程相當于在無氧環(huán)境中進行,有效防止了焊接過程中二次氧化的發(fā)生。 本次SMT生產(chǎn)線可靠性工藝鑒定試驗重點內容為汽相回流焊工藝的可靠性驗證。 DEK半自動絲網(wǎng)機和MYDATA自動貼片機在已完成設備性能驗收的前提下,不再單獨對設備進行可靠性鑒定試驗。 因此,所有試驗項目均圍繞汽相回流焊工藝制定,具體試驗項目試驗進度見下表1試驗項目汽相液沸點穩(wěn)定性試驗設備加熱效率試驗有鉛元器件焊點可靠性試驗混裝元器件焊點可靠性壽命試驗X15型號產(chǎn)品焊點可靠性試驗X3X型號產(chǎn)品環(huán)境試驗X7型號產(chǎn)品環(huán)境試驗X41型號產(chǎn)品環(huán)境試驗表1(注除前兩項試驗外,其他試驗均由三臺設備共同完成)2.試驗方案-4-進度已完成已完成已完成進行中已完成進行中進行中進行中2.1試驗依據(jù)試驗項目的制定和試驗結果的判斷依據(jù)下表3中各項標準標準名稱GJB3243-98電子元器件表面安裝要試驗件焊點外觀檢驗合格標準求GJB4907球柵陣列封裝器件組裝通用BGA焊點X-RAY檢驗合格標準要求ECSS-Q-ST-70-38C(高可靠性表面貼裝1.焊接可靠性試驗方案制定;焊接技術)2.焊點內部檢驗合格標準;參考內容ECSS-Q-ST-70-08C(高可靠性電連接的1.焊接可靠性試驗方案制定;手工焊接)2.焊點內部檢驗合格標準;1.焊點可靠性試驗壽命試驗方案制IPC9701表面貼焊接接連接的性能測定;試方法及鑒定要求2.焊點可靠性壽命檢驗和計算標準;表32.2試驗內容各試驗項目方案依據(jù)相關標準和產(chǎn)品環(huán)境試驗要求制定,具體試驗內容見下表4試驗項目試驗內容依據(jù)廠家提供的汽相液沸點溫度,設備每次開機汽相液沸點穩(wěn)定性試驗“HEATING UP”結束后,記錄汽相層溫度,并定期進行檢查核對汽相層溫度是否與廠家提-5-供溫度一致;比較不同負載在相同工藝參數(shù)下溫度曲線的差設備加熱效率試驗異,找出影響印溫度曲線變化的因素,總結相關規(guī)律;1.根據(jù)現(xiàn)有產(chǎn)品特點設計印制板,采購元器件;2.使用四種不同峰值溫度焊接4塊試驗件,在外觀檢查合格的基礎上進行金相剖切試驗,觀察焊點內部結構;3.根據(jù)焊點內部結構,確定后續(xù)試驗件的焊接溫度曲線;4.使用已確定的溫度曲線焊接2塊試驗件;有鉛元器件焊點可靠性試驗5.將試驗件依據(jù)ECSS-Q-ST-70-38C和ECSS-Q-ST-70-08C中相關內容進行振動試驗和溫度循環(huán)試驗(兩塊試驗件振動試驗要求一致,溫度循環(huán)試驗分別為100次和200次)后進行金相剖切試驗,觀察焊點內部結構,如果焊點內部裂紋小于25%,證明焊點可靠性可以滿足當前產(chǎn)品要求。 1.根據(jù)IPC9701中試驗件要求設計印制板,采混裝元器件焊點可靠性壽命試驗購菊花鏈元器件;2.使用三種不同峰值溫度焊接3塊試驗件,在外觀檢查合格的基礎上進行金相剖切試驗,-6-觀察焊點內部結構;3.根據(jù)焊點內部結構,確定后續(xù)試驗件的焊接溫度曲線;4.根據(jù)IPC9701用于計算可靠性壽命的試驗件數(shù)量,使用已確定的溫度曲線焊接40塊試驗件;5.根據(jù)IPC9701中壽命試驗內容,將試驗件中的32塊進行溫度循環(huán)試驗,試驗過程中對菊花鏈元器件進行不間斷的監(jiān)控,同時,熱循環(huán)次數(shù)大于1000次,目的是計算平均失效壽命(50)和累積失效百分比。 通過對試驗件平均失效壽命,無失效壽命,累積失效百分比三項數(shù)據(jù)的比較,分析混合焊接工藝的可靠性,從而得出采用混裝工藝方法產(chǎn)品的可靠性壽命。 1.使用X15型號產(chǎn)品的印制板和其中兩種BGA(1.27間距為無鉛,0.8間距為有鉛)2.選用同類型封裝元器件,模擬溫度曲線,根X15型號產(chǎn)品焊點可靠性試驗據(jù)前期試驗結果,確定焊接溫度曲線;3.使用已確定的溫度曲線焊接一塊試驗件;4.將試驗件依據(jù)設計要求進行100次溫度循環(huán)試驗后進行金相剖切試驗,觀察焊點內部結-7-構,如果焊點內部裂紋小于25%,證明焊點可靠性可以滿足當前產(chǎn)品要求。 1.使用X3X型號產(chǎn)品的印制板和元器件2.選用同類型封裝元器件,模擬溫度曲線,根X3X型號產(chǎn)品環(huán)境試驗據(jù)前期試驗結果,確定焊接溫度曲線;3.使用已確定的溫度曲線焊接產(chǎn)品;4.對本批次產(chǎn)品進行相關的環(huán)境試驗;1.使用X7型號產(chǎn)品的印制板和元器件2.選用同類型封裝元器件,模擬溫度曲線,根X7型號產(chǎn)品環(huán)境試驗據(jù)前期試驗結果,確定焊接溫度曲線;3.使用已確定的溫度曲線焊接本批次產(chǎn)品;4.對本批次產(chǎn)品進行相關的環(huán)境試驗;1.使用X41型號產(chǎn)品的印制板和元器件2.選用同類型封裝元器件,模擬溫度曲線,根X41型號產(chǎn)品環(huán)境據(jù)前期試驗結果,確定焊接溫度曲線;3.使用已確定的溫度曲線焊接本批次產(chǎn)品;4.對本批次產(chǎn)品進行相關的環(huán)境試驗;表42.3試驗設備設備名稱絲網(wǎng)印刷機貼片機廠家DEK mydata設備型號248MY100設備名稱廠家設備型號6500509X光機XL6500型汽相回流焊接爐IBL-8-快速溫度變化試驗箱桌面印制板檢測系統(tǒng)振動臺場發(fā)射掃描電子顯微鏡銀河東菱KWGD6025III VS8ES20研磨機能譜分析儀切割機StruersBUEHLER BetaUSFEN XZ-3OPTIPHOT200S-4300&Jenesis-金相顯微60鏡3.試驗過程和結果3.1汽相液沸點穩(wěn)定性試驗汽相液沸點是決定焊接過程中峰值溫度的關鍵因素。 汽相液沸點穩(wěn)定性試驗目的是檢測設備所選用的汽相液沸點溫度是否發(fā)生變化。 試驗數(shù)據(jù)可直接由設備自帶的傳感器得出。 3.1.1試驗過程設備每次汽相層穩(wěn)定后,在設備狀態(tài)中記錄汽相層的溫度。 并將記錄值填寫到相應的記錄表中。 3.1.2試驗結果通過對半年時間相關記錄的分析,汽相液沸點溫度溫度,未發(fā)生變化。 3.2設備加熱效率試驗設備加熱效是調整工藝參數(shù)的關鍵因素。 設備加熱效率試驗目的是研究在負載不同,(即產(chǎn)品需要的熱熔有差異的情況下)但是工藝參數(shù)相同(即程序設定相同)情況下,溫度曲線的差異,根據(jù)溫度曲線差異的規(guī)律調整針對不同負載生產(chǎn)時的工藝參數(shù)。 因此,首選,需要根據(jù)現(xiàn)有產(chǎn)品特點,總結常用的印制板組裝件類型。 以印制板厚度,-9-印制板面積,元器件材質,元器件布局密度4項因素,建立下列排列組合,其中,每種排列組合中的變量只有一種因素,具體組合內容見下表5印制板厚度2.0mm組合14.0mm2.0mm組合22.0mm2.0mm組合32.0mm組合4(圖1)2.0mm2.0mm100mmX400mm100mmX100mm100mmX100mm陶瓷塑料塑料密密疏400mmX400mm100mmX100mm塑料塑料密密100mmX100mm100mmX100mm塑料塑料密密印制板面積100mmX100mm元器件材料元器件布局密度塑料密表5圖1(組合4)-10-3.2.1試驗過程根據(jù)表5中的排列組合要求制作試驗件。 分別記錄在相同工藝參數(shù)下的峰值溫度。 每種組合中包含兩種試驗件,每種試驗件至少需記錄3次數(shù)值,并計算平均值。 3.2.2試驗結果試驗結果見下表6印制板厚度2.0mm組合14.0mm2.0mm組合22.0mm2.0mm組合22.0mm2.0mm組合32.0mm100mmX100mm塑料疏225100mmX100mm100mmX100mm陶瓷塑料密密218224400mmX400mm100mmX100mm塑料塑料密密226225100mmX100mm100mmX100mm塑料塑料密密215225100mmX100mm塑料印制板面積元器件材料局密度密226元器件布峰值溫度表6通過上述試驗數(shù)據(jù),可得出以下結論 (1)印制板尺寸對溫度曲線影響較??; (2)元器件布局密度對溫度曲線影響較??; (3)元器件材料對溫度曲線影響較大; (4)印制板板厚對溫度曲線影響較大。 -11-3.3有鉛元器件焊接可靠性試驗有鉛元器件焊接可靠性試驗的目的是驗汽相回流焊工藝的可靠性。 需要對汽相回流焊接的焊點進行可靠性試驗,通過分析經(jīng)歷過環(huán)境試驗后焊點的內部結構,判斷焊點的可靠性是否滿足產(chǎn)品需求。 因此,試驗件應具備反映當前大多數(shù)產(chǎn)品的特點的要求。 根據(jù)前期試驗結果,結合現(xiàn)有產(chǎn)品特點,印制板選用FR-4基材,8層板,板厚為2.0mm,采用HASL工藝,表面鍍鉛錫合金。 印制板上設計了部分印制線及過孔,在BGA器件中間位臵設計過孔,用于測量中間熱量變化。 印制板設計4個安裝孔,便于進行振動試驗。 圖2選用的元器件包含了當前型號產(chǎn)品中絕大部分封裝形式,如BGA、QFP、CSP、SOP、SOP、PLCC、 0201、 0402、 0603、 0805、 1206、1812。 其中BGA器件引腳間距1. 27、1. 0、0.8mm、QFP引腳間距0.5mm。 -12-具體牌號見下表7元器件規(guī)格牌號總名稱數(shù)品名代碼元器件名稱型號規(guī)格每產(chǎn)品模擬顯示板AP1模擬顯示板AP1模擬顯示板AP1模擬顯示板AP1模擬顯示板AP1模擬顯示板AP1模擬顯示板AP1模擬顯示板AP1模擬顯示板AP1模擬顯示板AP1模擬顯示板AP1模擬顯示板AP1模擬顯示板AP1模擬顯示板AP1模擬顯示板AP1模擬顯示板AP1模擬顯示板AP1模擬顯示板AP1模擬顯示板AP1模擬顯示板AP1模擬顯示板AP1模擬顯示板AP1模擬顯示板AP1模擬顯示板AP1模擬顯示板AP1模擬顯示板AP1模擬顯示板AP1模擬顯示板AP1模擬顯示板AP1模擬顯示板AP1模擬顯示板AP1模擬顯示板AP1模擬顯示板AP1模擬顯示板AP1模擬顯示板AP1模擬顯示板AP1模擬顯示板AP1模擬顯示板AP11200012000120001200012000120001200012000194101903519004140001400014000140001902814000180081400014000140001968719390199651996615115151151511519342180011800118001180011800118001180011800118001電容電容電容電容電容電容電容電容DSP接收器反相器集成電路集成電路集成電路集成電路濾波器集成電路隔離放大器集成電路集成電路集成電路放大器晶振雙排插針單排插針電源電源電源電感電阻電阻電阻電阻電阻電阻電阻電阻電阻-13-G-CT41-0603-2R1-50V-104-K-N G+-CT41-0603-2R1-50V-473-K-N G-CTE41-S-50-EH-1C-226-M G+-CC41-0603-CG-50V-561-J-N G-CTE41-S-40-EH-1C-106-M G-CTE41-S-50-EH-1H-475-M G-CTE41-S-70-EH-1C-107-M G+-CT41-1812-2R1-50V-105-K-N TMS320C6416EGLZA6E3LVDS接收器DS90LV048ATM SNJ54LVC14AFK SDRAMMT48LC2M32B2P-5IT2總線驅動器SN74ALVTH16244GR同步FIFO IDT72V295L15PFI同步FIFO IDT72V2105L15PFI ACH4518-153-T FPGAAPA450BG456I ADUM3440CRWZ LVDS驅動器DS90LV047ATM FLASHAM29LV800BT-70EI VIDEOD/A ADV7123KST50AD8061AR VCC1-B3F-50MHz1.27mm間距2.54mm間距MSK5230-3.3H PT5406A MSK5230-2.5H MLCI2BxxA82NMB RMK1608-M-B-102-J-M(0.063W)RMK1608-M-B-103-J-M(0.063W)RMK1608-M-B-472-J-M(0.063W)RMK1608-M-B-750-J-M(0.063W)RMK1608-M-B-101-F-M(0.063W)RMK1608-M-B-330-J-M(0.063W)RMK3216-M-B-204-J-M-B(0.25W)RMK1608-M-B-203-J-M(0.063W)RMKxx-M-B-2552-F-M(0.1W)70482853621111211211215311111121119481538134141模擬顯示板AP1模擬顯示板AP1模擬顯示板AP1模擬顯示板AP1模擬顯示板AP1模擬顯示板AP1模擬顯示板AP1模擬顯示板AP1180011800118001180011800114xx110019965電阻電阻電阻電阻電阻二極管插頭雙排插針RMK1608-M-B-681-J-M(0.063W)RMKxx-M-B-37R4-J-M(0.1W)RMK3216-M-B-750-J-M(0.25W)RMK1608-M-B-512-J-M(0.063W)RMK1608-M-B-822-J-M(0.063W)肖特基二極管BAS16母板插頭RM672-204-312-95012.54mm間距12388111表73.3.1試驗過程 (1)溫度曲線確定根據(jù)有鉛焊接工藝窗口,選用4種峰值溫度焊接試驗件,具體要求見下表8(注峰值溫度選擇1.27間距BGA器件底部焊點的溫度)試驗件1試驗件2試驗件3試驗件4焊膏107E107E107E107E網(wǎng)板0.180.180.180.18峰值溫度215220225230表8將上述試驗件進行金相剖切,觀察焊點內部結構,剖切部位見下圖3紅線部分-14-圖3金相分析結論和圖片見下表9-15-金相分析數(shù)據(jù)BGA截面切片描述結論IMC厚度(m)最大均勻最小圖切片片描述圖4焊點內部晶粒均勻致密,空洞面積小于25%;圖5圖6圖7焊點內部晶粒均勻致密,根部焊料填充滿足要求,存在少量空洞;結論QFP截面IMC厚度(m)最大均勻最小圖片切片結描述論0603電阻截面IMC厚度(m)最大均勻最小圖片圖12圖13圖14圖15試驗件1(215)試驗件2(220)試驗件3(225)可接受可接受試驗件4(230)焊點圖內部8晶粒均勻致圖密,9根部焊料填充圖滿足10要求,存在圖少量11空洞;可接受表9-16-圖4-17-圖5圖6-18-圖7圖8圖10-19-圖9圖11圖12圖14-20-圖13圖15圖16QFP引腳根部錫量金相照片金相分析結論從三種元器件的切片結果來看,不同的峰值溫度的焊接工藝對焊接情況沒有明顯影響。 SEM結果顯示焊料與所有PCB焊盤,QFP,0603-21-封裝可焊端生成的金屬間化合物(IMC)較為均勻連續(xù),而與BGA封裝可焊端生成的IMC層厚度不均勻;界面IMC層厚度隨著焊接溫度的升高和工藝的變化差別無明顯規(guī)律。 根據(jù)上述金相分析結論,在界面IMC層厚度隨著焊接溫度的升高和工藝的變化差別無明顯規(guī)律的前提下,選擇熱熔量最低(即峰值溫度為215)的溫度曲線進行后續(xù)試驗板的焊接。 (2)試驗件焊接用于可靠性試驗的試驗件數(shù)量為2塊,采用相同工藝方法進行焊接,具體焊接流程見下圖17絲網(wǎng)印刷(DEK248)檢驗(VS8)設備+手工貼片(mydata)檢驗(VS8)汽相回流焊(IBL)檢驗(VS8X-RAY)圖17按照上述流程焊接兩塊試驗板,全過程需對檢驗工序進行記錄,檢驗記錄見下表10檢驗設備檢驗結論焊膏厚度均勻一致,無坍絲網(wǎng)印刷檢驗VS8光學檢測儀塌,凹陷,拉尖情況,偏移量小于焊盤面積的15%貼裝元器件無貼錯方向,貼片檢驗VS8光學檢測儀極性貼反情況,偏移量小于焊盤面積的15%焊接后檢驗VS8光學檢測儀焊點光亮,無疏松表面,-22-X-RAY檢測儀焊錫充分潤濕連接部位,有引線元器件的引線外形可目測辨認;BGA焊點內部氣泡小于25%,且邊緣部位沒有氣泡表10 (3)環(huán)境試驗檢驗合格后,將兩塊試驗件進行振動試驗,振動試驗后,對其中一塊試驗件進行100次溫度循環(huán),另一塊進行200次溫度循環(huán),具體試驗要求如下a.振動試驗振動試驗條件依據(jù)ECSS-Q-ST-70-08(高可靠性電連接的手焊接)中13章中提供的振動量級進行振動試驗,使用V864振動臺進行,將安裝有印制板組裝件的工裝直接連接到振動臺面上進行試驗(圖17),振動量級見下表11;頻率范圍10Hz-2000Hz(峰峰值)10Hz振動幅值正弦振動70Hz-2000Hz,15g掃描速度試驗持續(xù)時間1oct/min一次循環(huán),從10Hz200070Hz,1.5mm-23-Hz10Hz頻率范圍功率譜密度隨機振動試驗時間10min,每一軸向0.1g2/Hz20Hz2000Hz,15g-r.m.s表11圖18b.溫度循環(huán)試驗溫度循環(huán)試驗依據(jù)ECSS-Q-ST-70-38C(高可靠性表面貼裝焊接技術)中溫度循環(huán)條件制定,使用KWGD6025III快速變溫箱,溫度變化要求見下表12壓力標準大氣壓-24-試驗溫度-55100每次循環(huán)在-55和100時保持15分停留時間鐘持續(xù)時間循環(huán)次數(shù)每一循環(huán)約1小時100次和200次表12 (4)焊點可靠性分析焊點可靠性參考ECSS-Q-ST-70-38C標準相關內容,即焊點在振動試驗和溫度循環(huán)試驗后內部裂紋長度如果小于25%,證明焊點可靠性滿足空間級產(chǎn)品要求。 本次焊點可靠性通過金相剖切手段進行分析。 具體分析過程如下a.確定金相剖切部位100次溫度循環(huán)試驗200次溫度循環(huán)試驗紅色標記部位為金相剖切部位;將經(jīng)歷100次溫度循環(huán)的試驗件定位1#樣件,經(jīng)歷200次溫度循環(huán)的試驗件定為2#樣件。 -25-b.焊點潤濕性分析焊點潤濕性分析見下表131#樣件2#樣件BGA QFP0603焊料鋪滿焊盤和印制板焊盤,潤濕性分QFP引腳根部焊料爬升高度滿析足要求。 BGA、QFP和貼片電BGA、QFP和貼片電阻三種元器焊料鋪滿焊盤和印制板焊盤,QFP引腳根部焊料爬升高度滿足要求。 -26-阻三種元器件焊盤、印制板焊盤件焊盤、印制板焊盤潤濕良好潤濕良好表13c.焊點結合層分析焊點結合層分析見下表14d結論1#樣件經(jīng)過了100次溫度循環(huán)和振動試驗,三種元器件在元器件界面只發(fā)現(xiàn)少量的裂紋。 滿足小于25%裂紋長度的要求,焊點在元器件界面質量良好。 2#樣件經(jīng)過了200次溫度循環(huán)和振動試驗,三種元器件在元器件界面發(fā)現(xiàn)了比1#板略多的裂紋,但還是滿足小于25%裂紋長度的要求,焊點在元器件界面質量良好。 兩塊樣件的焊點在印制板界面結合都良好,沒有發(fā)現(xiàn)大的裂紋存在。 焊點的晶粒較均勻,沒有較大的鉛板塊存在。 3.3.2試驗結果通過對試驗數(shù)據(jù)的分析,采用有鉛汽相回流工藝的試驗件滿足環(huán)境試驗后焊點內部裂紋小于25%的要求。 焊點可靠性可以滿足目前型號產(chǎn)品要求。 -27-焊點結合層分析表BGA焊料與元器件結合分析焊料與元器件結合時形成了Ni3Sn4和(Cu,Ni)6Sn5兩種結合層,平均厚度為2m,滿足要求。 由于經(jīng)過了溫度循環(huán),底部的銅已經(jīng)擴散到元器件焊盤處。 在結合層處沒有發(fā)現(xiàn)明顯的裂紋存在。 焊料與元器件結合良好。 焊料與印制板結合分析焊料與印制板結合時形成了Cu6Sn5的結合層,平均厚度為2.42m,滿足要求。 在外側和中心位臵的結合層處都沒有發(fā)現(xiàn)明顯的裂紋。 焊料與印制板結合良好。 QFP焊料與元器件結焊料與印制板結合分合分析析焊料與元器件結焊料與印制板結合時合時形成了形成Cu6Sn5的結合(Cu,Ni)6Sn5的結層,平均厚度為2.6合層,平均厚度為m,滿足要求。 在左1.8m,滿足要求。 側印制板結合層出現(xiàn)由于經(jīng)過了溫度了微小裂紋,右側焊循環(huán),左右兩側在料與印制板結合良引腳根部的結合好。 印制板中焊盤的層處出現(xiàn)了小裂豎向劃痕為研磨過程紋。 造成。 0603焊料與元器件結合分焊料與印制板結合析分析焊料與元器件結合時焊料與印制板結合形成(Cu,Ni)6Sn5和時形成形成Cu6Sn5Ni3Sn4的兩種結合的結合層,平均厚度層,平均厚度為2.8為1.84m,在左右兩m,在(Cu,Ni)6Sn5的側的結合層處沒有結合層處出現(xiàn)了微小發(fā)現(xiàn)裂紋,焊料與印裂紋。 由于元器件經(jīng)制板結合良好過了溫度循環(huán)和振動試驗,所以印制板焊盤處的銅已經(jīng)跑到了元器件處。 1#樣件-28-焊料與元器件結合時形成了Ni3SN4和(Cu,Ni)6Sn5兩種結合層,平均厚度為3.88m,滿足要求。 由于經(jīng)過了溫度循環(huán),底部的銅已經(jīng)擴散到元器件焊盤處。 并且在外側焊點的(Cu,Ni)6Sn5的結合層處出現(xiàn)了小裂紋。 2#樣件焊料與印制板結合時形成了Cu6Sn5的結合層,平均厚度為3.5m。 在外側和中心位臵的結合層處都沒有發(fā)現(xiàn)明顯的裂紋。 焊料與印制板結合良好。 焊料與元器件結合時形成了(Cu,Ni)6Sn5的結合層,平均厚度為2.9m,由于經(jīng)過了溫度循環(huán)振動試驗,左右兩側在引腳根部的結合層處出現(xiàn)了小裂紋。 焊料與印制板結合時形成了Cu6Sn5的結合層,平均厚度為1.74m。 在左側焊料與印制板結合層處出現(xiàn)較厚的結合層,但是并沒有出現(xiàn)裂紋。 右側焊料與印制板結合良好。 焊料與元器件結合時形成(Cu,Ni)6Sn5和Ni3Sn4的兩種結合層,平均厚度為1.36m,在引腳底部結合層處出現(xiàn)了小裂紋。 由于元器件經(jīng)過了溫度循環(huán)和振動試驗,所以焊盤處的銅已經(jīng)擴散到元器件處。 焊料與印制板結合時形成了Cu6Sn5的結合層,平均厚度為2.22m。 在外側和中心位臵的結合層處都沒有發(fā)現(xiàn)明顯的裂紋。 焊料與印制板結合良好。 表14-29-3.4混裝元器件焊接可靠性壽命試驗混裝試驗可靠性壽命試驗是我廠承擔的集團公司重大工藝專項研究有鉛/無鉛元器件混合裝焊工藝深入研究中的一項重要內容。 試驗內容依據(jù)IPC-9701A表面貼焊接接連接的性能測試方法及鑒定要求中可靠性壽命測試試驗(溫度循環(huán)試驗),分析在調整原有有鉛工藝參數(shù)的基礎上,焊接無鉛元器件(大多數(shù)情況下為BGA封裝)方案的可行行,并通過計算試驗件的平均疲勞壽命,無實效壽命和累積失效百分比,分析混裝工藝的可靠性壽命。 由于試驗項目還在進行當中,因此,本次暫不進行詳細介紹報告,下表15為無鉛BGA(1.27間距),在采用有鉛焊料時,不同溫度曲線下焊點的內部結構。 峰值溫度合金層厚度(m)最大均勻最小焊點評價焊點塌陷不足,有215鉛焊料與無鉛焊球之間沒有明顯擴散;焊點塌陷不足,有220鉛焊料與無鉛焊球之間沒有明顯擴散;-30-無鉛焊球塌陷形成焊點,有鉛焊料與225無鉛焊球之間開始發(fā)生擴散,鉛元素未均勻擴散至無鉛焊球中。 無鉛焊球塌陷形成焊點,有鉛焊料與230無鉛焊球之間開始發(fā)生擴散,鉛元素已經(jīng)均勻擴散至無鉛焊球中。 表153.5X15型號產(chǎn)品焊點可靠性試驗X15型號產(chǎn)品焊點可靠性試驗的目的是驗證汽相回流焊工藝是否能夠滿足該型號產(chǎn)品的焊點可靠性要求。 試驗方案依據(jù)型號產(chǎn)品環(huán)境試驗要求和ECSS-Q-ST-70-08C中可靠性判斷依據(jù)制定,即在采用汽相回流焊工藝的焊點,環(huán)境試驗后,如果焊點內部裂紋小于25%,證明焊點可靠性滿足該型號產(chǎn)品要求。 由于本次試驗針對性較強,因此,試驗件均選用正式產(chǎn)品。 印制板選用XX1板,板厚為2.0mm,HASL工藝,表面鍍鉛錫合金。 (見圖19試驗用元器件選用印制板上兩種BGA封裝(位號分別為D1,D11),其中,D11為1.27mm間距,焊球為SAC305無鉛焊球,D1為1.0mm間距,焊球為Sn63Pb37有鉛焊球(見圖19紅圈部位)。 -31-本次試驗是針對焊點的可靠性鑒定試驗,不需要電氣功能測試,由于元器件密度對溫區(qū)曲線影響較小,只需要選用整板上需要熱容較大的元器件即可。 與PLCC封裝,SMD1.0封裝相比,兩種BGA封裝需要的熱容更大,因此,只選用了兩種BGA封裝元器件,作為評價焊點可靠性的依據(jù)。 圖193.5.1試驗過程 (1)溫度曲線確定由于試驗件數(shù)量有限,根據(jù)前期試驗成果,為了保證焊料在無鉛BGA焊球中充分擴散,峰值溫度直接選用230。 根據(jù)峰值溫度要求,調整溫度曲線設臵,使峰值溫度達到230。 (2)試驗件焊接-32-按圖20流程焊接1塊試驗件絲網(wǎng)印刷(DEK248)檢驗(VS8)設備(mydata)檢驗(VS8)汽相回流焊(IBL)檢驗(VS8X-RAY)圖20檢驗記錄表見表16絲網(wǎng)印刷檢驗檢驗設備VS8光學檢測儀檢驗結論貼片檢驗VS8光學檢測儀焊膏厚度均勻一致,無坍塌,凹陷,拉尖情況,偏移量小于焊盤面積的15%貼裝元器件無貼錯方向,極性貼反情況,偏移量小于焊盤面積的15%焊點光亮,無疏松表面,焊錫充分潤濕連接部位,有引線元器件的引線外形可目測辨認;BGA焊點內部氣泡小于25%,且邊緣部位沒有氣泡焊接后檢驗VS8光學檢測儀X-RAY
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