汽相再流焊可靠性鑒定試驗(yàn)總結(jié)報(bào)告.doc

汽相再流焊可靠性鑒定試驗(yàn)總結(jié)報(bào)告 SMT生產(chǎn)線可靠性工藝鑒定試驗(yàn)總結(jié)報(bào)告單位航天科技集團(tuán)公司第九研究院二00廠編制校對(duì)審核批準(zhǔn)函審-1-SMT生產(chǎn)線可靠性工藝鑒定試驗(yàn)總結(jié)報(bào)告1.情況概述當(dāng)前，隨著SMT技術(shù)大量應(yīng)用，型號(hào)產(chǎn)品特點(diǎn)逐漸向多元化和復(fù)雜化發(fā)展，為了適應(yīng)小品種，多批量的生產(chǎn)模式，我廠于去年引進(jìn)了一條SMT生產(chǎn)線，分別為DEK半自動(dòng)絲網(wǎng)印刷機(jī)，MYDATA自動(dòng)貼片機(jī)和IBL汽相回流爐。 DEK248半自動(dòng)絲網(wǎng)印刷機(jī)與前期引進(jìn)的DEK全自動(dòng)絲網(wǎng)印刷機(jī)相比，具有更高靈活性和自由度。 MYDATA自動(dòng)貼片機(jī)在中、小批量的生產(chǎn)上優(yōu)勢(shì)尤為明顯，具有靈活性強(qiáng)，貼片精度和貼片能力高等特點(diǎn)（有引線間距可達(dá)最小可達(dá)0.1mm，引腳寬度可達(dá)0.05mm，球形引腳最小間距可達(dá)0.16mm，焊球直徑0.08mm），此外，針對(duì)多種規(guī)格的散料可定做相應(yīng)的料帶和料盤(pán)，適合當(dāng)前型號(hào)任務(wù)的物料特點(diǎn)，極大的降低了人為操作帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。 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(jì)90年代中期，我廠就引進(jìn)了航天系統(tǒng)內(nèi)的第一條SMT成產(chǎn)線，由半自動(dòng)絲網(wǎng)印刷機(jī)，半自動(dòng)貼片機(jī)和四溫區(qū)紅外回流爐三部分組成，在20世紀(jì)初，又引進(jìn)了一條全自動(dòng)的SMT生產(chǎn)線，由全自動(dòng)絲網(wǎng)印刷機(jī)，全自動(dòng)高速貼片機(jī)和七溫區(qū)熱風(fēng)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(yàn)，相關(guān)工藝方法在十幾年的生產(chǎn)實(shí)踐中已經(jīng)得到了驗(yàn)證。 -2-與上述兩臺(tái)設(shè)備相比，IBL汽相回流焊設(shè)備的引進(jìn)，帶來(lái)了全新的汽相回流工藝技術(shù)。 汽相回流焊技術(shù)誕生于1974，與傳統(tǒng)的紅外和熱風(fēng)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(shì)，但是，由于早期汽相液氟氯化碳的成本較高，對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，一直未得到廣泛應(yīng)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(shù)得到了進(jìn)一步的發(fā)展，隨著2000年ROHS標(biāo)準(zhǔn)的提出，在倡導(dǎo)低碳節(jié)能設(shè)備的同時(shí)，汽相回流焊技術(shù)已經(jīng)越老越多的應(yīng)用于有著高可靠性焊接質(zhì)量要求的電子電力行業(yè)。 隨著元器件封裝技術(shù)的不斷發(fā)展，高密度，細(xì)間距，多I/0的元器件逐漸應(yīng)用于型號(hào)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(hào)產(chǎn)品中常用的尺寸），由于元器件尺寸不同，在焊接過(guò)程中，需要的熱容量存在差異，此外，隨著無(wú)鉛化的逐步普及，無(wú)鉛元器件（目前以BGA居多）也越來(lái)越多的應(yīng)用于目前型號(hào)產(chǎn)品中，由于焊點(diǎn)的熔化溫度較高（普通SAC305無(wú)鉛BGA熔化溫度為217，Sn63Pb37BGA熔化溫度為183），在焊接過(guò)程中，相較于有鉛元器件，無(wú)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(zhì)量，防止小熱容量封裝元器件過(guò)熱損傷情況下，在焊接過(guò)程中，具有更高熱傳導(dǎo)效率，更平穩(wěn)-3-的升溫速率，和可控峰值溫度和可控時(shí)間的設(shè)備可以提供更可靠的焊接質(zhì)量。 汽相回流焊工藝由于加熱原理與熱風(fēng)和紅外回流焊技術(shù)不同，在上述幾方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)，由于汽相層密度大于空氣，整個(gè)焊接過(guò)程相當(dāng)于在無(wú)氧環(huán)境中進(jìn)行，有效防止了焊接過(guò)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(yàn)重點(diǎn)內(nèi)容為汽相回流焊工藝的可靠性驗(yàn)證。 DEK半自動(dòng)絲網(wǎng)機(jī)和MYDATA自動(dòng)貼片機(jī)在已完成設(shè)備性能驗(yàn)收的前提下，不再單獨(dú)對(duì)設(shè)備進(jìn)行可靠性鑒定試驗(yàn)。 因此，所有試驗(yàn)項(xiàng)目均圍繞汽相回流焊工藝制定，具體試驗(yàn)項(xiàng)目試驗(yàn)進(jìn)度見(jiàn)下表1試驗(yàn)項(xiàng)目汽相液沸點(diǎn)穩(wěn)定性試驗(yàn)設(shè)備加熱效率試驗(yàn)有鉛元器件焊點(diǎn)可靠性試驗(yàn)混裝元器件焊點(diǎn)可靠性壽命試驗(yàn)X15型號(hào)產(chǎn)品焊點(diǎn)可靠性試驗(yàn)X3X型號(hào)產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)X7型號(hào)產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)X41型號(hào)產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)表1（注除前兩項(xiàng)試驗(yàn)外，其他試驗(yàn)均由三臺(tái)設(shè)備共同完成）2.試驗(yàn)方案-4-進(jìn)度已完成已完成已完成進(jìn)行中已完成進(jìn)行中進(jìn)行中進(jìn)行中2.1試驗(yàn)依據(jù)試驗(yàn)項(xiàng)目的制定和試驗(yàn)結(jié)果的判斷依據(jù)下表3中各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)名稱GJB3243-98電子元器件表面安裝要試驗(yàn)件焊點(diǎn)外觀檢驗(yàn)合格標(biāo)準(zhǔn)求GJB4907球柵陣列封裝器件組裝通用BGA焊點(diǎn)X-RAY檢驗(yàn)合格標(biāo)準(zhǔn)要求ECSS-Q-ST-70-38C（高可靠性表面貼裝1.焊接可靠性試驗(yàn)方案制定；焊接技術(shù)）2.焊點(diǎn)內(nèi)部檢驗(yàn)合格標(biāo)準(zhǔn)；參考內(nèi)容ECSS-Q-ST-70-08C（高可靠性電連接的1.焊接可靠性試驗(yàn)方案制定；手工焊接）2.焊點(diǎn)內(nèi)部檢驗(yàn)合格標(biāo)準(zhǔn)；1.焊點(diǎn)可靠性試驗(yàn)壽命試驗(yàn)方案制IPC9701表面貼焊接接連接的性能測(cè)定；試方法及鑒定要求2.焊點(diǎn)可靠性壽命檢驗(yàn)和計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)；表32.2試驗(yàn)內(nèi)容各試驗(yàn)項(xiàng)目方案依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)要求制定，具體試驗(yàn)內(nèi)容見(jiàn)下表4試驗(yàn)項(xiàng)目試驗(yàn)內(nèi)容依據(jù)廠家提供的汽相液沸點(diǎn)溫度，設(shè)備每次開(kāi)機(jī)汽相液沸點(diǎn)穩(wěn)定性試驗(yàn)“HEATING UP”結(jié)束后，記錄汽相層溫度，并定期進(jìn)行檢查核對(duì)汽相層溫度是否與廠家提-5-供溫度一致；比較不同負(fù)載在相同工藝參數(shù)下溫度曲線的差設(shè)備加熱效率試驗(yàn)異，找出影響印溫度曲線變化的因素，總結(jié)相關(guān)規(guī)律；1.根據(jù)現(xiàn)有產(chǎn)品特點(diǎn)設(shè)計(jì)印制板，采購(gòu)元器件；2.使用四種不同峰值溫度焊接4塊試驗(yàn)件，在外觀檢查合格的基礎(chǔ)上進(jìn)行金相剖切試驗(yàn)，觀察焊點(diǎn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)；3.根據(jù)焊點(diǎn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，確定后續(xù)試驗(yàn)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(yàn)件；有鉛元器件焊點(diǎn)可靠性試驗(yàn)5.將試驗(yàn)件依據(jù)ECSS-Q-ST-70-38C和ECSS-Q-ST-70-08C中相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)和溫度循環(huán)試驗(yàn)（兩塊試驗(yàn)件振動(dòng)試驗(yàn)要求一致，溫度循環(huán)試驗(yàn)分別為100次和200次）后進(jìn)行金相剖切試驗(yàn)，觀察焊點(diǎn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如果焊點(diǎn)內(nèi)部裂紋小于25%，證明焊點(diǎn)可靠性可以滿足當(dāng)前產(chǎn)品要求。 1.根據(jù)IPC9701中試驗(yàn)件要求設(shè)計(jì)印制板，采混裝元器件焊點(diǎn)可靠性壽命試驗(yàn)購(gòu)菊花鏈元器件；2.使用三種不同峰值溫度焊接3塊試驗(yàn)件，在外觀檢查合格的基礎(chǔ)上進(jìn)行金相剖切試驗(yàn)，-6-觀察焊點(diǎn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)；3.根據(jù)焊點(diǎn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，確定后續(xù)試驗(yàn)件的焊接溫度曲線；4.根據(jù)IPC9701用于計(jì)算可靠性壽命的試驗(yàn)件數(shù)量，使用已確定的溫度曲線焊接40塊試驗(yàn)件；5.根據(jù)IPC9701中壽命試驗(yàn)內(nèi)容，將試驗(yàn)件中的32塊進(jìn)行溫度循環(huán)試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)菊花鏈元器件進(jìn)行不間斷的監(jiān)控，同時(shí)，熱循環(huán)次數(shù)大于1000次，目的是計(jì)算平均失效壽命（50）和累積失效百分比。 通過(guò)對(duì)試驗(yàn)件平均失效壽命，無(wú)失效壽命，累積失效百分比三項(xiàng)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(hào)產(chǎn)品的印制板和其中兩種BGA（1.27間距為無(wú)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(hào)產(chǎn)品焊點(diǎn)可靠性試驗(yàn)據(jù)前期試驗(yàn)結(jié)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(yàn)件；4.將試驗(yàn)件依據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行100次溫度循環(huán)試驗(yàn)后進(jìn)行金相剖切試驗(yàn)，觀察焊點(diǎn)內(nèi)部結(jié)-7-構(gòu)，如果焊點(diǎn)內(nèi)部裂紋小于25%，證明焊點(diǎn)可靠性可以滿足當(dāng)前產(chǎn)品要求。 1.使用X3X型號(hào)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(hào)產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)據(jù)前期試驗(yàn)結(jié)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(duì)本批次產(chǎn)品進(jìn)行相關(guān)的環(huán)境試驗(yàn)；1.使用X7型號(hào)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(hào)產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)據(jù)前期試驗(yàn)結(jié)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(duì)本批次產(chǎn)品進(jìn)行相關(guān)的環(huán)境試驗(yàn)；1.使用X41型號(hào)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(hào)產(chǎn)品環(huán)境據(jù)前期試驗(yàn)結(jié)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(duì)本批次產(chǎn)品進(jìn)行相關(guān)的環(huán)境試驗(yàn)；表42.3試驗(yàn)設(shè)備設(shè)備名稱絲網(wǎng)印刷機(jī)貼片機(jī)廠家DEK mydata設(shè)備型號(hào)248MY100設(shè)備名稱廠家設(shè)備型號(hào)6500509X光機(jī)XL6500型汽相回流焊接爐IBL-8-快速溫度變化試驗(yàn)箱桌面印制板檢測(cè)系統(tǒng)振動(dòng)臺(tái)場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡銀河?xùn)|菱KWGD6025III VS8ES20研磨機(jī)能譜分析儀切割機(jī)StruersBUEHLER BetaUSFEN XZ-3OPTIPHOT200S-4300&Jenesis-金相顯微60鏡3.試驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果3.1汽相液沸點(diǎn)穩(wěn)定性試驗(yàn)汽相液沸點(diǎn)是決定焊接過(guò)程中峰值溫度的關(guān)鍵因素。 汽相液沸點(diǎn)穩(wěn)定性試驗(yàn)?zāi)康氖菣z測(cè)設(shè)備所選用的汽相液沸點(diǎn)溫度是否發(fā)生變化。 試驗(yàn)數(shù)據(jù)可直接由設(shè)備自帶的傳感器得出。 3.1.1試驗(yàn)過(guò)程設(shè)備每次汽相層穩(wěn)定后，在設(shè)備狀態(tài)中記錄汽相層的溫度。 并將記錄值填寫(xiě)到相應(yīng)的記錄表中。 3.1.2試驗(yàn)結(jié)果通過(guò)對(duì)半年時(shí)間相關(guān)記錄的分析，汽相液沸點(diǎn)溫度溫度，未發(fā)生變化。 3.2設(shè)備加熱效率試驗(yàn)設(shè)備加熱效是調(diào)整工藝參數(shù)的關(guān)鍵因素。 設(shè)備加熱效率試驗(yàn)?zāi)康氖茄芯吭谪?fù)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(shè)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(diào)整針對(duì)不同負(fù)載生產(chǎn)時(shí)的工藝參數(shù)。 因此，首選，需要根據(jù)現(xiàn)有產(chǎn)品特點(diǎn)，總結(jié)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(zhì)，元器件布局密度4項(xiàng)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(nèi)容見(jiàn)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(yàn)過(guò)程根據(jù)表5中的排列組合要求制作試驗(yàn)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(yàn)件，每種試驗(yàn)件至少需記錄3次數(shù)值，并計(jì)算平均值。 3.2.2試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)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(guò)上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可得出以下結(jié)論 （1）印制板尺寸對(duì)溫度曲線影響較小； （2）元器件布局密度對(duì)溫度曲線影響較??； （3）元器件材料對(duì)溫度曲線影響較大； （4）印制板板厚對(duì)溫度曲線影響較大。 -11-3.3有鉛元器件焊接可靠性試驗(yàn)有鉛元器件焊接可靠性試驗(yàn)的目的是驗(yàn)汽相回流焊工藝的可靠性。 需要對(duì)汽相回流焊接的焊點(diǎn)進(jìn)行可靠性試驗(yàn)，通過(guò)分析經(jīng)歷過(guò)環(huán)境試驗(yàn)后焊點(diǎn)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，判斷焊點(diǎn)的可靠性是否滿足產(chǎn)品需求。 因此，試驗(yàn)件應(yīng)具備反映當(dāng)前大多數(shù)產(chǎn)品的特點(diǎn)的要求。 根據(jù)前期試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)有產(chǎn)品特點(diǎn)，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(shè)計(jì)了部分印制線及過(guò)孔，在BGA器件中間位臵設(shè)計(jì)過(guò)孔，用于測(cè)量中間熱量變化。 印制板設(shè)計(jì)4個(gè)安裝孔，便于進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)。 圖2選用的元器件包含了當(dāng)前型號(hào)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(hào)見(jiàn)下表7元器件規(guī)格牌號(hào)總名稱數(shù)品名代碼元器件名稱型號(hào)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(qū)動(dòng)器SN74ALVTH16244GR同步FIFO IDT72V295L15PFI同步FIFO IDT72V2105L15PFI ACH4518-153-T FPGAAPA450BG456I ADUM3440CRWZ LVDS驅(qū)動(dòng)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(yàn)過(guò)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(yàn)件，具體要求見(jiàn)下表8（注峰值溫度選擇1.27間距BGA器件底部焊點(diǎn)的溫度）試驗(yàn)件1試驗(yàn)件2試驗(yàn)件3試驗(yàn)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(yàn)件進(jìn)行金相剖切，觀察焊點(diǎn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，剖切部位見(jiàn)下圖3紅線部分-14-圖3金相分析結(jié)論和圖片見(jiàn)下表9-15-金相分析數(shù)據(jù)BGA截面切片描述結(jié)論IMC厚度（m）最大均勻最小圖切片片描述圖4焊點(diǎn)內(nèi)部晶粒均勻致密，空洞面積小于25%；圖5圖6圖7焊點(diǎn)內(nèi)部晶粒均勻致密，根部焊料填充滿足要求，存在少量空洞；結(jié)論QFP截面IMC厚度（m）最大均勻最小圖片切片結(jié)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(yàn)件1（215）試驗(yàn)件2（220）試驗(yàn)件3（225）可接受可接受試驗(yàn)件4（230）焊點(diǎn)圖內(nèi)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(jié)論從三種元器件的切片結(jié)果來(lái)看，不同的峰值溫度的焊接工藝對(duì)焊接情況沒(méi)有明顯影響。 SEM結(jié)果顯示焊料與所有PCB焊盤(pán)，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(wú)明顯規(guī)律。 根據(jù)上述金相分析結(jié)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(wú)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(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)板的焊接。 （2）試驗(yàn)件焊接用于可靠性試驗(yàn)的試驗(yàn)件數(shù)量為2塊，采用相同工藝方法進(jìn)行焊接，具體焊接流程見(jiàn)下圖17絲網(wǎng)印刷（DEK248)檢驗(yàn)（VS8）設(shè)備+手工貼片（mydata)檢驗(yàn)（VS8）汽相回流焊（IBL）檢驗(yàn)（VS8X-RAY）圖17按照上述流程焊接兩塊試驗(yàn)板，全過(guò)程需對(duì)檢驗(yàn)工序進(jìn)行記錄，檢驗(yàn)記錄見(jiàn)下表10檢驗(yàn)設(shè)備檢驗(yàn)結(jié)論焊膏厚度均勻一致，無(wú)坍絲網(wǎng)印刷檢驗(yàn)VS8光學(xué)檢測(cè)儀塌，凹陷，拉尖情況，偏移量小于焊盤(pán)面積的15%貼裝元器件無(wú)貼錯(cuò)方向，貼片檢驗(yàn)VS8光學(xué)檢測(cè)儀極性貼反情況，偏移量小于焊盤(pán)面積的15%焊接后檢驗(yàn)VS8光學(xué)檢測(cè)儀焊點(diǎn)光亮，無(wú)疏松表面,-22-X-RAY檢測(cè)儀焊錫充分潤(rùn)濕連接部位,有引線元器件的引線外形可目測(cè)辨認(rèn);BGA焊點(diǎn)內(nèi)部氣泡小于25%，且邊緣部位沒(méi)有氣泡表10 （3）環(huán)境試驗(yàn)檢驗(yàn)合格后，將兩塊試驗(yàn)件進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)，振動(dòng)試驗(yàn)后，對(duì)其中一塊試驗(yàn)件進(jìn)行100次溫度循環(huán)，另一塊進(jìn)行200次溫度循環(huán)，具體試驗(yàn)要求如下a.振動(dòng)試驗(yàn)振動(dòng)試驗(yàn)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(dòng)量級(jí)進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)，使用V864振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行，將安裝有印制板組裝件的工裝直接連接到振動(dòng)臺(tái)面上進(jìn)行試驗(yàn)（圖17），振動(dòng)量級(jí)見(jiàn)下表11；頻率范圍10Hz-2000Hz（峰峰值）10Hz振動(dòng)幅值正弦振動(dòng)70Hz-2000Hz，15g掃描速度試驗(yàn)持續(xù)時(shí)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(jī)振動(dòng)試驗(yàn)時(shí)間10min，每一軸向0.1g2/Hz20Hz2000Hz，15g-r.m.s表11圖18b.溫度循環(huán)試驗(yàn)溫度循環(huán)試驗(yàn)依據(jù)ECSS-Q-ST-70-38C（高可靠性表面貼裝焊接技術(shù)）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(jiàn)下表12壓力標(biāo)準(zhǔn)大氣壓-24-試驗(yàn)溫度-55100每次循環(huán)在-55和100時(shí)保持15分停留時(shí)間鐘持續(xù)時(shí)間循環(huán)次數(shù)每一循環(huán)約1小時(shí)100次和200次表12 （4）焊點(diǎn)可靠性分析焊點(diǎn)可靠性參考ECSS-Q-ST-70-38C標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)內(nèi)容，即焊點(diǎn)在振動(dòng)試驗(yàn)和溫度循環(huán)試驗(yàn)后內(nèi)部裂紋長(zhǎng)度如果小于25%，證明焊點(diǎn)可靠性滿足空間級(jí)產(chǎn)品要求。 本次焊點(diǎn)可靠性通過(guò)金相剖切手段進(jìn)行分析。 具體分析過(guò)程如下a.確定金相剖切部位100次溫度循環(huán)試驗(yàn)200次溫度循環(huán)試驗(yàn)紅色標(biāo)記部位為金相剖切部位；將經(jīng)歷100次溫度循環(huán)的試驗(yàn)件定位1#樣件，經(jīng)歷200次溫度循環(huán)的試驗(yàn)件定為2#樣件。 -25-b.焊點(diǎn)潤(rùn)濕性分析焊點(diǎn)潤(rùn)濕性分析見(jiàn)下表131#樣件2#樣件BGA QFP0603焊料鋪滿焊盤(pán)和印制板焊盤(pán)，潤(rùn)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(pán)和印制板焊盤(pán)，QFP引腳根部焊料爬升高度滿足要求。 -26-阻三種元器件焊盤(pán)、印制板焊盤(pán)件焊盤(pán)、印制板焊盤(pán)潤(rùn)濕良好潤(rùn)濕良好表13c.焊點(diǎn)結(jié)合層分析焊點(diǎn)結(jié)合層分析見(jiàn)下表14d結(jié)論1#樣件經(jīng)過(guò)了100次溫度循環(huán)和振動(dòng)試驗(yàn)，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(zhǎng)度的要求，焊點(diǎn)在元器件界面質(zhì)量良好。 2#樣件經(jīng)過(guò)了200次溫度循環(huán)和振動(dòng)試驗(yàn)，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(zhǎng)度的要求，焊點(diǎn)在元器件界面質(zhì)量良好。 兩塊樣件的焊點(diǎn)在印制板界面結(jié)合都良好，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)大的裂紋存在。 焊點(diǎn)的晶粒較均勻，沒(méi)有較大的鉛板塊存在。 3.3.2試驗(yàn)結(jié)果通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，采用有鉛汽相回流工藝的試驗(yàn)件滿足環(huán)境試驗(yàn)后焊點(diǎn)內(nèi)部裂紋小于25%的要求。 焊點(diǎn)可靠性可以滿足目前型號(hào)產(chǎn)品要求。 -27-焊點(diǎn)結(jié)合層分析表BGA焊料與元器件結(jié)合分析焊料與元器件結(jié)合時(shí)形成了Ni3Sn4和(Cu,Ni)6Sn5兩種結(jié)合層，平均厚度為2m，滿足要求。 由于經(jīng)過(guò)了溫度循環(huán)，底部的銅已經(jīng)擴(kuò)散到元器件焊盤(pán)處。 在結(jié)合層處沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的裂紋存在。 焊料與元器件結(jié)合良好。 焊料與印制板結(jié)合分析焊料與印制板結(jié)合時(shí)形成了Cu6Sn5的結(jié)合層，平均厚度為2.42m，滿足要求。 在外側(cè)和中心位臵的結(jié)合層處都沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的裂紋。 焊料與印制板結(jié)合良好。 QFP焊料與元器件結(jié)焊料與印制板結(jié)合分合分析析焊料與元器件結(jié)焊料與印制板結(jié)合時(shí)合時(shí)形成了形成Cu6Sn5的結(jié)合(Cu,Ni)6Sn5的結(jié)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(cè)印制板結(jié)合層出現(xiàn)由于經(jīng)過(guò)了溫度了微小裂紋，右側(cè)焊循環(huán)，左右兩側(cè)在料與印制板結(jié)合良引腳根部的結(jié)合好。 印制板中焊盤(pán)的層處出現(xiàn)了小裂豎向劃痕為研磨過(guò)程紋。 造成。 0603焊料與元器件結(jié)合分焊料與印制板結(jié)合析分析焊料與元器件結(jié)合時(shí)焊料與印制板結(jié)合形成(Cu,Ni)6Sn5和時(shí)形成形成Cu6Sn5Ni3Sn4的兩種結(jié)合的結(jié)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(cè)的結(jié)合層處沒(méi)有結(jié)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(jié)合良好過(guò)了溫度循環(huán)和振動(dòng)試驗(yàn)，所以印制板焊盤(pán)處的銅已經(jīng)跑到了元器件處。 1#樣件-28-焊料與元器件結(jié)合時(shí)形成了Ni3SN4和(Cu,Ni)6Sn5兩種結(jié)合層，平均厚度為3.88m，滿足要求。 由于經(jīng)過(guò)了溫度循環(huán)，底部的銅已經(jīng)擴(kuò)散到元器件焊盤(pán)處。 并且在外側(cè)焊點(diǎn)的(Cu,Ni)6Sn5的結(jié)合層處出現(xiàn)了小裂紋。 2#樣件焊料與印制板結(jié)合時(shí)形成了Cu6Sn5的結(jié)合層，平均厚度為3.5m。 在外側(cè)和中心位臵的結(jié)合層處都沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的裂紋。 焊料與印制板結(jié)合良好。 焊料與元器件結(jié)合時(shí)形成了(Cu,Ni)6Sn5的結(jié)合層，平均厚度為2.9m，由于經(jīng)過(guò)了溫度循環(huán)振動(dòng)試驗(yàn)，左右兩側(cè)在引腳根部的結(jié)合層處出現(xiàn)了小裂紋。 焊料與印制板結(jié)合時(shí)形成了Cu6Sn5的結(jié)合層，平均厚度為1.74m。 在左側(cè)焊料與印制板結(jié)合層處出現(xiàn)較厚的結(jié)合層，但是并沒(méi)有出現(xiàn)裂紋。 右側(cè)焊料與印制板結(jié)合良好。 焊料與元器件結(jié)合時(shí)形成(Cu,Ni)6Sn5和Ni3Sn4的兩種結(jié)合層，平均厚度為1.36m，在引腳底部結(jié)合層處出現(xiàn)了小裂紋。 由于元器件經(jīng)過(guò)了溫度循環(huán)和振動(dòng)試驗(yàn)，所以焊盤(pán)處的銅已經(jīng)擴(kuò)散到元器件處。 焊料與印制板結(jié)合時(shí)形成了Cu6Sn5的結(jié)合層，平均厚度為2.22m。 在外側(cè)和中心位臵的結(jié)合層處都沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的裂紋。 焊料與印制板結(jié)合良好。 表14-29-3.4混裝元器件焊接可靠性壽命試驗(yàn)混裝試驗(yàn)可靠性壽命試驗(yàn)是我廠承擔(dān)的集團(tuán)公司重大工藝專項(xiàng)研究有鉛/無(wú)鉛元器件混合裝焊工藝深入研究中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。 試驗(yàn)內(nèi)容依據(jù)IPC-9701A表面貼焊接接連接的性能測(cè)試方法及鑒定要求中可靠性壽命測(cè)試試驗(yàn)（溫度循環(huán)試驗(yàn)），分析在調(diào)整原有有鉛工藝參數(shù)的基礎(chǔ)上，焊接無(wú)鉛元器件（大多數(shù)情況下為BGA封裝）方案的可行行，并通過(guò)計(jì)算試驗(yàn)件的平均疲勞壽命，無(wú)實(shí)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(yàn)項(xiàng)目還在進(jìn)行當(dāng)中，因此，本次暫不進(jìn)行詳細(xì)介紹報(bào)告，下表15為無(wú)鉛BGA（1.27間距），在采用有鉛焊料時(shí)，不同溫度曲線下焊點(diǎn)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 峰值溫度合金層厚度（m）最大均勻最小焊點(diǎn)評(píng)價(jià)焊點(diǎn)塌陷不足，有215鉛焊料與無(wú)鉛焊球之間沒(méi)有明顯擴(kuò)散；焊點(diǎn)塌陷不足，有220鉛焊料與無(wú)鉛焊球之間沒(méi)有明顯擴(kuò)散；-30-無(wú)鉛焊球塌陷形成焊點(diǎn)，有鉛焊料與225無(wú)鉛焊球之間開(kāi)始發(fā)生擴(kuò)散，鉛元素未均勻擴(kuò)散至無(wú)鉛焊球中。 無(wú)鉛焊球塌陷形成焊點(diǎn)，有鉛焊料與230無(wú)鉛焊球之間開(kāi)始發(fā)生擴(kuò)散，鉛元素已經(jīng)均勻擴(kuò)散至無(wú)鉛焊球中。 表153.5X15型號(hào)產(chǎn)品焊點(diǎn)可靠性試驗(yàn)X15型號(hào)產(chǎn)品焊點(diǎn)可靠性試驗(yàn)的目的是驗(yàn)證汽相回流焊工藝是否能夠滿足該型號(hào)產(chǎn)品的焊點(diǎn)可靠性要求。 試驗(yàn)方案依據(jù)型號(hào)產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)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(diǎn)，環(huán)境試驗(yàn)后，如果焊點(diǎn)內(nèi)部裂紋小于25%，證明焊點(diǎn)可靠性滿足該型號(hào)產(chǎn)品要求。 由于本次試驗(yàn)針對(duì)性較強(qiáng)，因此，試驗(yàn)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(jiàn)圖19試驗(yàn)用元器件選用印制板上兩種BGA封裝（位號(hào)分別為D1，D11），其中，D11為1.27mm間距，焊球?yàn)镾AC305無(wú)鉛焊球，D1為1.0mm間距，焊球?yàn)镾n63Pb37有鉛焊球（見(jiàn)圖19紅圈部位）。 -31-本次試驗(yàn)是針對(duì)焊點(diǎn)的可靠性鑒定試驗(yàn)，不需要電氣功能測(cè)試，由于元器件密度對(duì)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(píng)價(jià)焊點(diǎn)可靠性的依據(jù)。 圖193.5.1試驗(yàn)過(guò)程 （1）溫度曲線確定由于試驗(yàn)件數(shù)量有限，根據(jù)前期試驗(yàn)成果，為了保證焊料在無(wú)鉛BGA焊球中充分?jǐn)U散，峰值溫度直接選用230。 根據(jù)峰值溫度要求，調(diào)整溫度曲線設(shè)臵，使峰值溫度達(dá)到230。 （2）試驗(yàn)件焊接-32-按圖20流程焊接1塊試驗(yàn)件絲網(wǎng)印刷（DEK248)檢驗(yàn)（VS8）設(shè)備（mydata)檢驗(yàn)（VS8）汽相回流焊（IBL）檢驗(yàn)（VS8X-RAY）圖20檢驗(yàn)記錄表見(jiàn)表16絲網(wǎng)印刷檢驗(yàn)檢驗(yàn)設(shè)備VS8光學(xué)檢測(cè)儀檢驗(yàn)結(jié)論貼片檢驗(yàn)VS8光學(xué)檢測(cè)儀焊膏厚度均勻一致，無(wú)坍塌，凹陷，拉尖情況，偏移量小于焊盤(pán)面積的15%貼裝元器件無(wú)貼錯(cuò)方向，極性貼反情況，偏移量小于焊盤(pán)面積的15%焊點(diǎn)光亮，無(wú)疏松表面,焊錫充分潤(rùn)濕連接部位,有引線元器件的引線外形可目測(cè)辨認(rèn);BGA焊點(diǎn)內(nèi)部氣泡小于25%，且邊緣部位沒(méi)有氣泡焊接后檢驗(yàn)VS8光學(xué)檢測(cè)儀X-RAY