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表面贴装焊接点试验标准

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By Jack Crawford and Werner Engelmaier
　　本文介绍，由于有问题的测试方法和过分的主张，IPC开发了一个标准来保证正确的焊接点可靠性试验。
　　理想的焊点形成一个可靠的、电气上连续的、机械上稳固的联接。适当的可靠性设计(DFR, design for reliability)是需要的，以保证适当的性能。使用DFR设计的焊点，当以良好的品质制造时，可以在产品的设计运行环境中工作到整个设计寿命。

　　加速试验问题
　　在DFR方面，请参阅IPC-D-279《可靠的表面贴装技术印制板装配设计指南》。可是，在许多情况中，足够的可靠性应该通过加速试验来证实。IPC-SM-785《表面贴装焊接的加速试验指南》给出了适当的加速试验指引。IPC-SM-785是一个指导性文件，不是标准，适当的加速试验要求相当的资源与时间。由于没有适当的标准，出现了高度加速的实验方法 - 不符合IPC-SM-785指引的方法 - 还有一些过分的主张，比如试验结果即意味着产品的可靠性。

　　不断缩小的元件尺寸现在要求将焊接点的可靠性设计到元件中去。需要一个客观的手段来提供一个在竞争的产品中比较可靠性的方法。基于这个理由，开发出IPC-9701《表面贴装焊接的性能实验方法和技术指标要求》。

　　可靠性试验要求
　　虽然JEDEC的试验单独地涉及到元件，但是2002年1月发布的IPC-9701的主要目的是试验那些受到发生在元件与PCB之间的热膨胀不匹配所威胁的焊接点的可靠性。因此，应该考虑完全不同的物理参数和损坏机制。由于PCB在多数情况下是一个常数(考虑FR-4，厚度足够防止由于PCB弯曲的应力释放)，因此试验要设计来显示适宜性，或一个给定元件因此而对各种运作环境缺乏。为了试验的目的，PCB与表面涂层应该标准化，使得它不影响试验结果。

　　这些方面不应该妨碍在IPC-9701中描述的方法的使用，以比较性地评估不同的表面涂层，或任何其他变量，只要清楚地叙述了与IPC-9701的不同之处。对产品运行环境的任何推断都是无效的，例如该文件附录A中所注释的条件。

　　表一和二提供了IPC-9701的试验条件和合格要求，一起有结果试验温度范围(ΔT)和平均循环温度(Tsj)。也包括了相关的注释，有关推荐的试验条件和合格要求，以及超出IPC-SM-785警告的温度循环范围。
表一、IPC-9701中描述的试验条件
试验条件
T(min)
T(max)
ΔT
Tsj
注释
TC1
0 ºC
+100 ºC
100 ºC
50 ºC
推荐参考
TC2
-25 ºC
+100 ºC
125 ºC
37.5 ºC

TC3
-40 ºC
+125 ºC
165 ºC
42.5 ºC
违反IPC-SM-785
TC4
-55 ºC
+125 ºC
180 ºC
35 ºC
违反IPC-SM-785
TC5
-55 ºC
+100 ºC
155 ºC
22.5 ºC
违反IPC-SM-785

表二、IPC-9701中描述的合格要求
合格要求
循环数
说明
NTC-A
200

NTC-B
500

NTC-C
1000
推荐参考TC2,TC3,TC4
NTC-D
3000

NTC-E
6000
推荐参考TC1

　　IPC-9701标准化了五种试验条件下的性能实验方法，从良性的0<->100ºC的TC1参考循环条件到恶劣的-55<->125ºC的TC4条件。符合合格要求的热循环数(NTC)从NTC-A变化到NTC-E，NTC-A等于200次循环(在任何试验条件下容易达到，基本上只保证适当的焊锡湿润)，NTC-E等于6000次循环。在T(min)和T(max)温度极限的驻留时间对于所有试验条件都是10分钟。

　　相对的慢加速TC1试验条件是基准试验目的的首选参考试验条件，因为该试验最接近地模仿实际使用条件，外部损伤机制支配的可能性最小。对实验条件TC1的首选合格要求是NTC-E，即等于6000次循环。

　　IPC-9701也包括附带条件，对于试验条件TC3, TC4和TC5的温度循环范围可能具有不止一种损伤机制。这个事实会破坏IPC-SM-785所述的焊接可靠性适当加速试验的警告条件 - 焊锡的时间、温度、应力有关的材料性能的结果。由于多种损伤机制，这些结果的混杂会造成对产品可靠性评估的加速试验结果的推断出问题。无任如何，要为这些实验条件提供加速因子，以提供相对的指引。

　　加速因子与方程
　　存在两个加速因子(AF, acceleration factor)：1) AF(循环) - 与焊点的循环疲劳寿命有关，该寿命是在有关给定使用环境中产品寿命的试验中获得的，2) AF(时间) - 与焊点失效的时间有关， 它是在有关在给定的使用环境中产品寿命的试验中获得的。

　　循环失效的加速因子是：AF(循环) = N(现场) / N(试验)。

　　时间的加速因子是：AF(时间) = AF(循环) x f(试验) / f(现场)

　　IPC-9701使用Engelmaier-Wild焊点失效模型来评估加速因子，该模型在IPC-D-279的附录A中作了叙述。当然，也存在其他模型可用于这个目的，但是由于大多数这些模型是基于来自焊点加速可靠性试验的经验数据，所得到的加速因子不应该与来源于焊锡疲劳数据的模型有太大区别。IPC委员会预计该文件的未来版本将包括来自其他模型的加速因子，当这些模型可以得到的时候。
Jack Crawford is director of assembly