2019-8-52019-8-52019-8-5IPC-9701A表面貼裝錫焊件性能測試方法與鑒定要求1．范圍此規(guī)范建立了專用的測試方法，用于評估電子組裝件表面貼裝焊接件的性能及可靠性。對應(yīng)于剛性電路結(jié)構(gòu)、撓性電路結(jié)構(gòu)和半剛性電路結(jié)構(gòu)，表面貼裝焊接件的性能和可靠性被進一步劃分為不同等級。此外，還提供了一種相似方法，可以在電子組裝件的使用環(huán)境與條件下將這些性能測試結(jié)果與焊接件可靠性關(guān)聯(lián)起來。1.1目的本規(guī)范的目的：?確保設(shè)計、制造和組裝的產(chǎn)品滿足預(yù)定的要求。?允許以通用數(shù)據(jù)庫和技術(shù)理論為基礎(chǔ)進行可靠性的分析預(yù)測。?提供標(biāo)準(zhǔn)化的測試方法和報告程序。1.2性能分類本規(guī)范指出表面貼裝組裝件（SMAs）的性能是隨最終使用的性能要求而變化的。IPC-6011：印制板通用性能規(guī)范中對性能等級進行了說明，這些性能分類并不是按照要求的可靠性而特定的。在目前的情況下，可靠性要求需要通過用戶與供應(yīng)商協(xié)商制定。1.3術(shù)語解釋這里使用的所有術(shù)語的解釋必須按照IPC-T-50中規(guī)定的，否則要在第3部分中進行說明。1.4說明在本規(guī)范中，使用“必須”這種動詞強調(diào)形式來說明此要求為強制性規(guī)定的。偏離“必須”要求的，如果可以提供足夠的數(shù)據(jù)來驗證的話，可以考慮使用。說明非強制性要求時使用“應(yīng)該”和“會”?！皩ⅰ眲t說明用途作用。為了提醒讀者，“必須”用黑體字表示。1.5版本修訂對IPC-9701做了些改變，包括附錄B——建立了無鉛焊點的熱循環(huán)要求準(zhǔn)則。附錄B還為目前的IPC-9701提供了有關(guān)使用無鉛錫焊工藝時的補充要求。2．適用的文件資料下面是適用的文獻標(biāo)準(zhǔn)以及這些文件的后續(xù)版本和修訂部分，都屬于本規(guī)范的內(nèi)容。下列文件標(biāo)準(zhǔn)分為IPC、聯(lián)合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、ITRI、EIA和其他。2.1IPCIPC-T-50電子電路互連及封裝的名詞術(shù)語與定義IPC-D-279可靠的表面貼裝技術(shù)印制板組裝件的設(shè)計指南IPC-TM-650試驗方法手冊2.1.1手動微切片法2.4.1鍍層附著力2.4.8覆金屬箔板的剝離強度.1表面貼裝焊接區(qū)的粘結(jié)強度（垂直拉伸方法）彎曲與扭轉(zhuǎn)金屬化孔的模擬返工.2熱膨脹系數(shù)，應(yīng)變計法2.5.7印制線路材料的介質(zhì)耐電壓，2.6.5多層印制線路板的物理（機械）震動試驗2.6.7.2熱沖擊－剛性印制板2.6.8鍍通孔的熱應(yīng)力沖擊2.6.9剛性印制電路板振動試驗IPC-SM-785表面貼裝錫焊件加速可靠性試驗指南IPC-S-816SMT工藝指南與檢驗單IPC-7711/21維修與返工指南IPC-9252無載印制板電氣檢測指南與要求IPC-9501電子元器件的PWB組裝工藝模擬評估IPC-9502電子元器件的PWB組裝錫焊工藝指南IPC-9504非集成電路元器件組裝工藝模擬評估（預(yù)處理非集成電路元器件）2.2聯(lián)合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)J-STD-001電氣和電子組裝件的焊接技術(shù)要求J-STD-002元器件引腳、端子、焊片、接線柱及導(dǎo)線可焊性試驗J-STD-003印制板可焊性試驗J-STD-020塑料集成電路表面貼裝器件濕度/回流靈敏度分類2.3國際錫研究機構(gòu)ITRIPub#580錫與錫合金的金相學(xué)ITRIPub#708電子元器件焊點冶金學(xué)2.4其它出版物2.4.1電子工業(yè)機構(gòu)JESD22-A104-B“溫度循環(huán)”（2000年7月）JESD22-B117“BGA焊球剪切”（2000年7月）2.4.2OEM工作組SJR-01第2版“焊點可靠性測試標(biāo)準(zhǔn)”（2001年2月）3．術(shù)語、定義及概念3.1概述為確保組裝到電路板上的表面貼裝電子元件焊點的可靠性，要求采用可靠性（DfR）設(shè)計步驟（見IP-D-279）,在某些情況下通過試驗驗證使產(chǎn)品適用于特定產(chǎn)品類型和環(huán)境。元器件或組裝越復(fù)雜，越需要更多的試驗來驗證可靠性。在使用過程中，表面貼裝焊接件可能會受各種加載條件影響，可能會導(dǎo)致過早失效。基本的設(shè)想就是將焊點適當(dāng)?shù)貪櫇?，在焊料、元器件底層金屬與印制線路（電路）板（PWB/PCB）之間形成良好的金屬粘合。這樣就確保不會由于焊點缺陷而造成早期失效。下列加載情況可能是單獨、連續(xù)或同時存在，加起來足以引起SMT焊點失效：a）熱膨脹差b）振動（運輸中）c）在從焊接操作或從惡劣的使用環(huán)境中冷卻過程中的熱沖擊（快速的溫度變化引起瞬時翹曲差）。d）惡劣使用條件或意外誤操作造成的機械震動（大加速度）。安裝在電路板上的表面貼裝器件的可靠性是焊點完整性與器件/印制板互連的函數(shù)。通過焊接互連由PWB施加給封裝的熱機械加載可能會導(dǎo)致封裝其它部位失效。在插座上進行的元件級測試不能代表（表明）板上零件加載情況。對于大批CSP結(jié)構(gòu)和高引腳點BGA封裝，大量使用非絲焊芯片?；ミB會增加在板級測試中“未預(yù)料的”內(nèi)部元器件失效的可能性。為了確保表面貼裝電路組裝件的焊點在指定使用環(huán)境下滿足可靠性預(yù)期值，通常需要確定某些特定應(yīng)用的可靠性，即使已經(jīng)采取了適當(dāng)?shù)目煽啃栽O(shè)計（DfR）方法。因為焊點的蠕變和應(yīng)力松弛特性是隨時間而變化的，加速試驗中的疲勞損傷和疲勞壽命通常與操作使用中的不同，但利用加速試驗結(jié)果，通過使用正確的加速因子可以得到產(chǎn)品可靠性估算值。3.2可靠性概念通過本規(guī)范，要掌握可靠性定義、失效機理以及統(tǒng)計的失效分布。3.2.1可靠性定義一個產(chǎn)品（表面貼裝焊接件）在給定條件下并在規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能而不超出容許失效等級的能力。3.3失效機理3.3.1蠕變根據(jù)時間變化的粘塑性變形是施加的應(yīng)力與溫度的函數(shù)。3.3.2應(yīng)力松弛根據(jù)時間變化的粘塑性變形通過將彈性應(yīng)變轉(zhuǎn)換成塑性應(yīng)變來減小應(yīng)力。3.3.3焊點的蠕變－疲勞模型通過基于實驗數(shù)據(jù)的分析模型估算出受周期性蠕變－疲勞影響的焊點的使用壽命?？梢酝ㄟ^Engelmaier-Wild模型（見IPC-D-279附錄A-3.1）或其它適合的被驗證過的模型來確定可靠性試驗結(jié)果估算值、產(chǎn)品可靠性和加速因子。在Engelmaier-Wild焊點疲勞模型中，變量疲勞延性指數(shù)用于說明疲勞壽命與周期粘塑性應(yīng)變能關(guān)聯(lián)曲線的特征斜率。該指數(shù)通過實驗得到，是時間和溫度的函數(shù)，不同于用于Coffin-Manson等式（適用于非蠕變金屬）中的常量指數(shù)。3.3.4熱膨脹差在操作使用或可靠性試驗中的溫度變化會導(dǎo)致材料間的熱膨脹和收縮差。熱膨脹或收縮是通過材料的熱膨脹系數(shù)（CTE）確定的。熱膨脹差分為下列兩種：1）“整體的”熱膨脹不匹配：元器件與基板之間的熱膨脹不匹配。2）“局部的”熱膨脹不匹配：焊料本身以及與它連接的材料之間的熱膨脹不匹配。3.4試驗參數(shù)注：所有標(biāo)有*的定義說明都是摘自JESD22-A104-B。3.4.1*工作區(qū)在恒溫箱內(nèi)，在規(guī)定條件下進行加載溫度控制的區(qū)域。3.4.2溫度循環(huán)范圍/振幅在操作使用或溫度循環(huán)試驗期間的最高溫度與最低溫度差。見圖3－1、表3－1和表4－1。溫度曲線溫度曲線時間溫度最高溫度駐留時間最低溫度駐留時間循環(huán)時間循環(huán)范圍額定最小Ts容許極限額定最大Ts容許極限圖3－1熱循環(huán)試驗條件的溫度曲線（圖3－1基于JESD22-A104-B附錄A中的圖1）表3－1表面貼裝電子元器件的產(chǎn)品分類以及最惡劣使用環(huán)境（僅供參考）產(chǎn)品類型（常用分類）溫度℃/℉最惡劣使用環(huán)境存儲操作運行Tmin℃/℉Tmax℃/℉ΔT℃/℉TDhrs循環(huán)周期/年標(biāo)準(zhǔn)使用年限合格的失效危險％（約）消費裝置-40/850/550/3260/14035/63123651-31計算機及輔助設(shè)備-40/850/550/3260/14020/362146050.1電信-40/85-40/85-40/-4085/18535/63123657-200.01商用飛機-40/85-40/85-55/-6795/20320/3612365200.001工業(yè)與汽車－乘員艙-55/150-40/85-55/-6795/20320/36&40/72&60/108&80/14412121212185100602010-150.1軍用（地面與船用）-40/85-40/85-55/-6795/20340/72&60/108121210026510-200.1太空leogeo-40/85-40/85-55/-6795/2033/5.4~100/18011287603655-300.001軍用飛機abc維修-55/125-40/85-55/-67125/25740/7260/10880/1442221001006510-200.01&20/361120汽車（發(fā)動機罩下）-55/150-40/125-55/-67125/25760/108&100/180&140/25211210003004010-150.1&=另外的條件1．所有類型的產(chǎn)品可能都會在18℃～260℃[64.4℉2．Tmin和Tmax分別為操作運行（試驗）最低和最高溫度，不限定ΔT的最大值。3．ΔT表示最大溫度范圍，但不包括功率損耗的影響；功率損耗要計算ΔT；功率損耗可能會使溫度循環(huán)加速試驗相當(dāng)不準(zhǔn)確。必須注意溫度范圍ΔT不是Tmin和Tmax之差；ΔT非常小。4．駐留時間TD為每半個溫度循環(huán)周期內(nèi)焊點蠕變時間。3.4.3*樣品溫度：Ts在溫度循環(huán)期間，通過附著在或嵌入在樣品上的熱電偶或其它溫度測量儀器測量的樣品溫度。這種固定熱電偶或其它溫度測量儀器的方法確保樣品總質(zhì)量達到溫度極限和駐留/保溫時間的要求。3.4.4*最高樣品溫度：Ts(max)樣品的最高測量溫度。3.4.5最高額定溫度：T(max)特定試驗條件下的最高額定溫度就是允許的樣品最高溫度Ts(max)，見表4－1。3.4.6*最低樣品溫度：Ts(min)樣品的最低測量溫度。3.4.7最低額定溫度：T(min)特定試驗條件下的最低額定溫度就是允許的樣品最低溫度Ts(min)，見表4－1。3.4.8平均循環(huán)溫度Tsj最高額定溫度與最低額定溫度的平均值，見附錄A的公式4。3.4.9額定ΔT給定試驗條件下的最高額定溫度T(max)與最低額定溫度T(min)之差，見表3－1。駐留/保溫時間TD樣品溫度總時間在每個額定最高溫度T(max)和最低溫度T(min)規(guī)定范圍內(nèi)（見表4－1）。駐留時間對于加速試驗來說特別重要，因為在加速試驗過程中蠕變過程實際上不完整。駐留便于將不完整的蠕變過程對產(chǎn)品使用溫度循環(huán)產(chǎn)生的影響進行校正，產(chǎn)品使用溫度循環(huán)時間足夠長，可以使蠕變過程在每個循環(huán)駐留時間內(nèi)趨于完整。駐留/保溫溫度高于T(max)（循環(huán)上限），低于T(min)（循環(huán)下限）的溫度，見表4-1。循環(huán)時間完成一個完整的溫度循環(huán)周期所用的時間，見圖3－1。*溫度緩變率樣品在每個時間單位內(nèi)溫度增加或降低的速率。溫度緩變率應(yīng)該在溫度曲線的直線部分測量，通常是在給定試驗條件溫度的10％～90％的范圍內(nèi)。注：緩變率可能會受載荷的影響，應(yīng)該通過驗證。最大循環(huán)應(yīng)變（變形）范圍在周期性熱或機械損傷過程中形成的總應(yīng)變（變形）范圍。最大循環(huán)應(yīng)力范圍在周期性熱或機械變形過程中產(chǎn)生的總應(yīng)力范圍。焊點在發(fā)生蠕變的溫度范圍內(nèi)，應(yīng)力和應(yīng)變范圍是彼此獨立的（與非蠕變型金屬相反，它的應(yīng)力－應(yīng)變曲線說明了應(yīng)力與應(yīng)變的唯一對應(yīng)關(guān)系），因為每一個溫度和應(yīng)變率都有不同的應(yīng)力－應(yīng)變曲線。模量和產(chǎn)出量是受溫度和應(yīng)變率影響的，連接件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性（例如易彎曲的引腳）對焊點的最大應(yīng)力產(chǎn)生的影響很大。滯后回線滯后回線可以用圖表示出載荷循環(huán)過程中焊接件的應(yīng)力－應(yīng)變特性。滯后回線區(qū)域說明了每個循環(huán)周期的粘塑性應(yīng)變能，也是衡量每個循環(huán)周期疲勞損傷的一個計量單位。滯后回線大小要根據(jù)應(yīng)變范圍、應(yīng)力范圍、循環(huán)駐留時間而定，平均循環(huán)溫度對其影響很小。設(shè)計使用壽命一臺設(shè)備在規(guī)定環(huán)境下，完好地完成所有功能所需的操作使用壽命。預(yù)計的使用壽命通過加速試驗結(jié)果產(chǎn)生的模型（將疲勞循環(huán)數(shù)與給定容許的累計失效概率建立關(guān)聯(lián)）預(yù)測出的使用壽命。早期失效在環(huán)境應(yīng)力篩選（ESS）試驗、老化試驗、初始功能試驗或在初期使用過程中，主要由于不充分的性能或生產(chǎn)工藝而導(dǎo)致的失效。隨機穩(wěn)定狀態(tài)失效是一段有效的操作使用壽命周期——表面上失效隨機發(fā)生或以低速率發(fā)生，與產(chǎn)品復(fù)雜性無太大關(guān)系。對于焊接件來說，此過程不可測量，因為可能不存在或失效率很低。損耗失效損耗就是損傷累積超時過程，在此過程中，由于疲勞或其它損耗機理導(dǎo)致產(chǎn)品消耗惡化而引起失效發(fā)生穩(wěn)定上升。這是由于焊接件的蠕變疲勞引起的損耗失效，為本規(guī)范的論述主題。3.5統(tǒng)計失效分布的概念3.5.1統(tǒng)計失效分布失效，特別是由于損耗引起的失效，不是突然同時發(fā)生，但是超時分布。威伯爾統(tǒng)計分布是最適合用于損耗失效的分布；但有時還可以使用Log-Normal分布。對于威伯爾分布，需要2個定義參數(shù)：（1）威伯爾斜率（分布范圍的一個計量單位）；（2）某些截止值（通常N（63.2％）——威伯爾分布的特征壽命，但有時為N（50％）——平均失效壽命。在威伯爾分布坐標(biāo)圖上，利用這兩個定義參數(shù)將測量數(shù)據(jù)繪制成直線，可以簡化數(shù)據(jù)分析。3.5.2平均失效壽命N（50％）一半的樣品失效所用的時間。3.5.3無失效壽命N0首次失效發(fā)生前的時間（或循環(huán)數(shù)）（此參數(shù)用在3參數(shù)（3-P）威伯爾統(tǒng)計分布中）。3.5.4累積失效百分比在試驗過程中，樣品i的累積失效百分比通過等式F(i)=i/(n+1)計算，其中i為樣品序號。3.5.5累積失效概率為了設(shè)計需要，規(guī)定的可靠性通常是指不超出規(guī)定設(shè)計壽命的“累積失效概率”。3.5.6容許的累積失效概率在使用壽命結(jié)束時，允許的最大缺陷/失效百分比。3.6可靠性試驗3.6.1加速可靠性試驗在比使用壽命短的時間內(nèi)，加速影響操作使用的損傷機理，從而引起失效的一種試驗。雖然加速試驗結(jié)果來自較短的循環(huán)周期或更惡劣的加載條件，但必須避免使用外來的損傷機理。可以通過適當(dāng)?shù)募铀僖蜃觼砉浪闶褂脡勖?.6.2熱循環(huán)要將組裝件進行周期性的溫度變化試驗，溫度變化率要足夠慢以避免熱沖擊（通常小于或等于20℃[36℉熱循環(huán)的最高溫度應(yīng)該為低于印制電路板材料的玻璃軟化溫度Tg溫度的25℃[45℉]必須注意如果循環(huán)溫度低于-20℃[-4℉]或高于110℃[3.6.3熱沖擊當(dāng)組裝件遭受溫度快速變化（在零件/組裝件內(nèi)引起瞬時溫度梯度、翹曲以及應(yīng)力）時會發(fā)生熱沖擊。熱沖擊的溫度變化率通常大于20℃[36℉]/3.6.4電源循環(huán)對于經(jīng)常被接通/斷開電源的電子器件來說，電源循環(huán)試驗可能比溫度循環(huán)試驗更能準(zhǔn)確地模擬現(xiàn)場使用條件。3.7其它試驗3.7.1老化試驗對成品進行老化試驗，定期的在正常的，有可能是惡劣的但還是仿真的操作環(huán)境下進行，不屬于加速可靠性試驗。3.7.2環(huán)境應(yīng)力篩選（ESS）篩選過程利用由環(huán)境產(chǎn)生的應(yīng)力，使組裝件中“薄弱的”元器件的應(yīng)力超限達到失效點，防止這些潛在缺陷在現(xiàn)場使用中出現(xiàn)，引起現(xiàn)場失效。產(chǎn)生這些應(yīng)力的環(huán)境可能或不可能與產(chǎn)品使用環(huán)境條件有關(guān)。一旦出現(xiàn)失效，元器件就會被檢測出來并被維修、替換、報廢，或為未來產(chǎn)品重新設(shè)計。ESS必須在不損壞“正常的”元器件的情況下進行。ESS不是加速可靠性試驗。3.7.3高速應(yīng)力試驗（HAST）這種試驗是在溫度與濕度結(jié)合的加速應(yīng)力中電偏壓情況下模擬與失效機理有關(guān)的侵蝕。HASL可以用于元器件和組裝件，但對于焊接件來說不屬于加速可靠性試驗。3.7.4機械震動機械震動就是對系統(tǒng)產(chǎn)生快速的機械能量轉(zhuǎn)換，在系統(tǒng)內(nèi)部使應(yīng)力、速度、加速度或位移發(fā)生顯著變化。3.7.5振動交替地與平衡位置相反的方向周期性或隨機地運動。應(yīng)用載荷通常低于材料的屈服點（彈性）。3.7.6工藝鑒定用來驗證制造產(chǎn)品的工藝是否滿足性能規(guī)范的一種特殊試驗或一組試驗。3.7.7工藝檢驗對工藝進行定期的評估，確保工藝優(yōu)化或消除工藝偏離。3.8評估與應(yīng)用事項表3－1列出了9種最常見的產(chǎn)品類型的常用存儲和操作環(huán)境以及最惡劣的使用環(huán)境條件。此表格僅供參考。3.9焊接件工藝說明焊料根據(jù)特定的使用條件隨溫度、時間和應(yīng)力而變化的特性使其在工藝金屬中具有獨特性。例如，共晶（易熔的）鉛錫焊料在高于20℃[68℉]溫度時具有穩(wěn)定的蠕變和應(yīng)力松弛，而在低于-20℃[-4℉]溫度時具有與其它金屬相似的長時間承載能力。高于20℃[設(shè)計并確保產(chǎn)品可靠性的第一步就是要對給定的表面貼裝焊接技術(shù)的可靠性和失效機理有所了解。為此，需要有通用數(shù)據(jù)庫。雖然可能會發(fā)生基于單超限應(yīng)力的失效機理，但最常見的可靠性威脅是來自于由疲勞損傷引起的應(yīng)力松弛。理想的疲勞失效數(shù)據(jù)庫是根據(jù)低加速和高加速的結(jié)合試驗得到的。對于接近共晶（易熔的）鉛錫焊料來說存在這樣的數(shù)據(jù)庫，但對于其它合金，目前不存在這種數(shù)據(jù)庫，特別是對于無鉛焊料。由于這個原因，試驗器件在低加速試驗中產(chǎn)生的平均失效次數(shù)大約比現(xiàn)場使用的實際壽命短10～20次。高加速試驗大約短100～500次。試驗加速度越大，試驗結(jié)果反映出的現(xiàn)場條件性能越少。因此，低加速試驗應(yīng)該更能最大程度地模擬預(yù)期的現(xiàn)場條件，但通常由于低加速試驗所要求的時間和資源問題，使高加速試驗成為必要試驗。4．性能測試方法規(guī)范化的加速可靠性測試方法為首選方法，因為其試驗數(shù)據(jù)可以用于形成可靠性基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。IPC-SM-785為加速可靠性測試方法的設(shè)計與實行提供技術(shù)基礎(chǔ)。特別推薦將本標(biāo)準(zhǔn)與IPC-SM-785一起使用，因為本標(biāo)準(zhǔn)介紹了SMT焊點失效物理機制，也就是導(dǎo)致焊點疲勞的各種機理。除了用公式說明失效的機理外，本標(biāo)準(zhǔn)還提供了基于實證研究的技術(shù)資料，從中可以獲得加速測試程序。IPC-SM-785給出了適當(dāng)?shù)木媾c免責(zé)條款。由于SMT焊點的疲勞壽命遠遠超出了電子組件設(shè)計與研制通常所需的時間，因此加速試驗就成為鑒定產(chǎn)品使用壽命的一個必要條件。IPC-9701為加速壽命試驗的設(shè)計提供指導(dǎo)方法。雖然加速壽命試驗通常要在用戶與供應(yīng)商之間達成一致，但本標(biāo)準(zhǔn)的使用(按照需要稍作改動)將會使壽命試驗規(guī)范化。本標(biāo)準(zhǔn)中的測試方法和要求可能在技術(shù)上沒做嚴格要求，但繼續(xù)使用與數(shù)據(jù)積累將會形成可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。4.1總要求表4－1列出了規(guī)定的和推薦參考的試驗參數(shù)。規(guī)定的參數(shù)應(yīng)該嚴格遵守，不能有任何偏差。遵照所有規(guī)定的條件可以確保試驗和結(jié)果通過工業(yè)驗收；偏離某一特定的規(guī)定參數(shù)可能會被個別用戶接受但最終影響供應(yīng)商的試驗結(jié)果通過工業(yè)驗收。對于多種參數(shù)，建議使用推薦參考的以適應(yīng)更廣泛的工業(yè)兼容性和驗收。應(yīng)該遵守推薦參考的參數(shù)，除非供應(yīng)商可以驗證他們建議的偏差可以提高特定封裝的板級可靠性。4.2試驗器件試驗器件的正確設(shè)計與組裝是確保獲得正確有效數(shù)據(jù)的關(guān)鍵。4.2.1元器件說明表面貼裝元器件就是使用傳統(tǒng)的回流技術(shù)用焊料合金將元器件焊接到一塊電路板上。球柵陣列（BGA），小尺寸封裝（SOP）和芯片級封裝（CSP）都是一些典型的元器件類型。表4－1溫度循環(huán)要求，規(guī)定條件下的規(guī)定的與推薦參考的試驗參數(shù)試驗條件規(guī)定條件溫度循環(huán)（TC）條件：TC1TC2TC3TC4TC50℃~+100-25℃~+-40℃~+-55℃~+-55℃~+測試時間熱循環(huán)次數(shù)（NTC）要求：NTC-ANTC-BNTC-CNTC-DNTC-E無論哪種條件，首先：50％（最好為63.2％）累積失效（推薦參考測試時間）或200次循環(huán)500次循環(huán)1000次循環(huán)（推薦TC2,TC3和TC4）3000次循環(huán)6000次循環(huán)（推薦TC1）低溫駐留時間溫度極限（推薦）10分鐘+0/-10°C(+0/-5°C)[+0/-18°F(+0/-9°F)]高溫駐留時間溫度極限（推薦）10分鐘+10/-0°C(+5/-0°C)[+18/-0°F(+9/-0°F)]溫度緩變率20°C[36°F]/分鐘所有產(chǎn)品樣品的尺寸個元器件樣品（個試驗樣品，個樣品做橫切測量，另外個樣品進行再加工）印制線路（電路）板（PWB/PCB）厚度2.35mm[0.093in封裝/芯片模條件菊花鏈結(jié)構(gòu)的芯片模/封裝（見表4－2）試驗檢測連續(xù)檢測（見表4－4，推薦使用事件檢測器）本鑒定要求標(biāo)準(zhǔn)將論述焊點的可靠性以及在其他板級熱循環(huán)干擾下元器件/印制板之間相互的熱機械影響，例如分層、過孔斷裂、電介質(zhì)斷裂等等。本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的默認條件是使用菊花鏈結(jié)構(gòu)的芯片模以確保在板級溫度循環(huán)期間焊球可靠性、封裝材料以及芯片模級間的互連全部特性化。表4－2列出了免除菊花鏈結(jié)構(gòu)芯片模要求的類型。表4－3列出了免除類的特定參數(shù)要求。機械芯片模（如果允許）應(yīng)該按照尺寸和芯片模間的互連制造一個實際芯片模但要求包括菊花鏈線對或活性硅電路。表4－2菊花鏈要求免除類型規(guī)定條件全部產(chǎn)品特性化（默認）菊花鏈結(jié)構(gòu)的芯片模免除類型A（見表4－3）菊花鏈結(jié)構(gòu)的封裝基片與機械芯片模（推薦菊花鏈結(jié)構(gòu)的芯片模）陶瓷封裝（基板厚>1mm[0.040in]，平均模數(shù)240-270Gpa）菊花鏈結(jié)構(gòu)的封裝基片（推薦菊花鏈結(jié)構(gòu)）4.2.1.1菊花鏈結(jié)構(gòu)芯片模/封裝試驗器件的元器件封裝與芯片模應(yīng)該能代表產(chǎn)品元器件的特性：1．規(guī)定試驗器件的元器件布局、結(jié)構(gòu)和材料必須能代表典型的產(chǎn)品元器件，包括芯片模連接粘合與工藝、填充與工藝、絲焊/倒裝芯片等等。2．試驗器件的元器件的芯片模是菊花鏈結(jié)構(gòu)（如果適合條件）（見表4－2）。試驗器件必須使用能代表產(chǎn)品元器件特性的封裝材料和尺寸，并且使用與產(chǎn)品元器件相同的芯片?；ミB、印制線結(jié)構(gòu)、過孔結(jié)構(gòu)以及層數(shù)等與外部引腳/焊球/焊盤連接。為了減少試驗費用，菊花鏈結(jié)構(gòu)的芯片模應(yīng)該與產(chǎn)品元器件的最大尺寸芯片模相符。對于塑料BGA/CSP的元器件，在板級溫度循環(huán)時，芯片模下方的焊球經(jīng)常最先失效；因此，菊花鏈必須覆蓋此區(qū)域，即使這些焊球只在接地/電源位置。對于陶瓷材料的元器件，角球最早失效，應(yīng)該為關(guān)鍵區(qū)域。分布在BGA/CSP焊球矩陣四周的電源/接地焊球不要求菊花鏈覆蓋；但菊花鏈點式結(jié)構(gòu)必須為所有器件排列/重要區(qū)域提供覆蓋等級。這種被單點連續(xù)檢測的菊花鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計是可以的，但最好的是在每個器件上可以通過多網(wǎng)絡(luò)進行獨立檢測，這些網(wǎng)絡(luò)可以提供最先失效區(qū)域的其它信息。例如一個BGA/CSP（每個封裝有4－5個網(wǎng)絡(luò)），可以包含失效隔離，如下：（a）封裝角上的焊接件（b）外邊上的焊接件（c）芯片模邊緣底部或接近底部的焊接件（d）封裝中央的焊接件（如果有）對于菊花鏈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，高失效危險區(qū)域應(yīng)該有獨立的菊花鏈網(wǎng)絡(luò)。表4－3免除試驗的要求A：使用機械芯片模而不是PQ9701菊花鏈結(jié)構(gòu),先前通過IP9701驗證。如果【新】器件不滿足下表免除類型A的要求，則適用于默認的全部產(chǎn)品特性化類型內(nèi)容說明免除類免除類型A封裝體尺寸【新】110%[PQ9701]【新】120%[PQ9701]芯片模*尺寸【新】110%[PQ9701]【新】120%[PQ9701]焊球直徑（如果適用）【新】90%[PQ9701]【新】80%[PQ9701]被潤濕的焊盤直徑（如果適用）【新】90%[PQ9701]【新】80%[PQ9701]焊球間距或引腳間距【新】90%[PQ9701]【新】80%[PQ9701]焊球基準(zhǔn)距或引腳基準(zhǔn)距【新】90%[PQ9701]【新】80%[PQ9701]基片厚度【新】=[PQ9701]±20%【新】=[PQ9701]±40%增強片/散熱片尺寸（如果適用）【新】=[PQ9701]±20%【新】=[PQ9701]±40%環(huán)氧尸密封劑尺寸【新】=[PQ9701]±20%【新】=[PQ9701]±40%粘晶尺寸*（如果適用）【新】=[PQ9701]±20%【新】=[PQ9701]±40%填充*材料尺寸（如果適用）【新】=[PQ9701]±20%【新】=[PQ9701]±40%有機材料重要特性（模數(shù)、熱膨脹系數(shù)、強度極限等）【新】=[PQ9701]±20%【新】=[PQ9701]±20%有機材料供應(yīng)商（基片、粘晶、環(huán)氧樹脂模具、密封劑、填充材料等）【新】=[PQ9701]【新】=[PQ9701]鉛材料組成成分和鉛基金屬化【新】=[PQ9701]【新】=[PQ9701]增強片/散熱片材料（如果適用）【新】=[PQ9701]【新】=[PQ9701]焊球焊盤類型（SMD/NSMD等）（如果適用）【新】=[PQ9701]【新】=[PQ9701]球柵布局（全矩陣與減少粒子數(shù)）（如果適用）【新】=[PQ9701]【新】=[PQ9701]用于【新】器件完整的數(shù)字/分析模型**規(guī)定的推薦的*不適用于陶瓷基片（厚度大于等于1mm，平均模數(shù)為240～270GPa，無凸緣）。**分析方法必須通過驗證—將預(yù)測值與【PQ9701】器件經(jīng)試驗得到的焊點可靠性數(shù)據(jù)相比較。有機材料的重要特性數(shù)據(jù)（模數(shù)、熱膨脹系數(shù)、強度極限等）必須通過試驗獲得?！綨ew】＝新器件【PQ9701】＝試驗數(shù)據(jù)符合IPC-9701全部產(chǎn)品特性化要求的器件。4.2.1.2焊球剪切試驗如果符合條件，進行焊球剪切試驗。最小的剪切力平均為－3Σ，最少3個封裝，每個封裝10個焊球。沿著BGA/CSP邊緣平行于基片平面進行剪切。剪切工具的高度應(yīng)該距芯片表面最小50μm[0.002in]。剪切試驗的額定速度最好為500μm/秒【0.020in/秒】。剪切后的焊球失效模式應(yīng)該是大量焊料失效或銅箔園配剝離，金屬間失效為不合格。推薦以更高的速度進行剪切試驗，以便確定剪切速度對剪切強度與失效機理產(chǎn)生的影響。參見JESD22-B117BGA焊球剪切試驗。4.2.1.3元器件的文件編制要求元器件文件編制的所有要求：1.封裝外形圖或參考JEDEC外形圖。2.芯片模內(nèi)部尺寸（長X寬X高）與方位（如果芯片模不是方形的）。3.菊花鏈連接圖/連線網(wǎng)表（最好為電子文檔）。4.測量的焊球/引腳共面性（底座面方法或最佳安裝位置）。5.與被測器件同批產(chǎn)的零部件的焊球剪切或引腳拉伸測試值（如果適用）以及失效模式，拉伸試驗為可選試驗。6.通過微云紋干涉測量法數(shù)據(jù)測量與被測器件同批產(chǎn)的零件的X、Y的熱膨脹系數(shù)（推薦面陣列封裝）。其它技術(shù)例如TMA也可適用，用于確定有效的熱膨脹系數(shù)。7.焊料潤濕焊盤尺寸（如果適用）。8.焊球焊盤類型（如果適用）（阻焊層限定（SMD）：阻焊層在焊盤上的覆蓋率；非阻焊層限定（NSMD）：阻焊層與焊盤間的開孔或在焊盤上的過孔）。9.鉛精加工/焊盤金屬化合物結(jié)構(gòu)，所有層面的厚度和焊料組成成分（如果適用）。10.菊花鏈互聯(lián)線路圖（從芯片模到引腳）（如果適用）。11.芯片模－引腳連線表（最好是電子文檔）。4.2.2印制線路（電路）板PWB/PCB布線、厚度和焊盤設(shè)計影響焊接件的完整性。規(guī)定的PWB厚度的標(biāo)準(zhǔn)參考值應(yīng)該是2.35mm[0.093in]（見表4－1）。推薦使用2個PWB厚度用于封裝系列的首次鑒定，有助于推斷實驗結(jié)果的解析外推法的應(yīng)用。其它PWB的厚度可以根據(jù)用戶的使用要求而改變，可厚可薄。除了下面推薦的PWB試驗板層結(jié)構(gòu)外，將PWB的層數(shù)設(shè)計成偶數(shù)也很重要，這樣可以形成對稱的橫截面和對稱的信號層。因為銅和環(huán)氧玻璃的熱膨脹系數(shù)不同，如果不對稱的話，在工藝加工時PWB會翹曲。建議使用標(biāo)準(zhǔn)的PWB設(shè)計方法設(shè)計菊花鏈結(jié)構(gòu)的試驗板。在元器件庫中確定封裝以及連接端子（如果使用），將所有封裝使用菊花鏈連接起來并為試驗板設(shè)計實際的原理圖。這樣，使用生產(chǎn)PWB的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計流程就可以設(shè)計出試驗板。這種設(shè)計流程通常包括交互工具和設(shè)計檢驗，確保所有網(wǎng)絡(luò)連通。按照上述流程操作大大增加了PWB試驗板初次完美設(shè)計的幾率。相反，假設(shè)有一個在CAD系統(tǒng)上設(shè)計的“簡單的”試驗板，如果對所有零部件的電氣連接不進行檢測，那么失效幾率將大大增加。4.2.2.1試驗板的設(shè)計要求下面是試驗板的設(shè)計要求：1．PWB最好為2.35mm[0.093in]厚，最少六層銅板；PWB增厚或變薄，則層數(shù)相應(yīng)成比例地增加或減少。2．如果封裝體尺寸大于40mm[1.57in]，PWB最好3.15mm[0.125in]厚，八層銅板。3．PWB的試驗板最好與PWB產(chǎn)品用相同的材料和布線；但在所有情況下，規(guī)定必須測量玻璃軟化溫度Tg和x、y上的CTE。4．在內(nèi)層中偶數(shù)層上的電源層/接地層（PWB總層數(shù)為偶數(shù)）必須有70%的銅覆蓋率。5．在內(nèi)層中奇數(shù)層上的信號（PWB總層數(shù)為偶數(shù)）層必須有40%的銅覆蓋率。6．最好只在外層使用菊花鏈網(wǎng)。7．印制線最好被隔離以便可以在不損壞板上其它部件的情況下拆除任一部件。其它的參考跡線（只在通過自動目視系統(tǒng)（例如3D激光）測量焊膏高度時使用）應(yīng)該設(shè)計在靠近焊盤的位置。這些跡線是必需的，因為目視系統(tǒng)需要在被焊膏覆蓋的焊盤表面有一個參考。8．雖然菊花鏈網(wǎng)絡(luò)通常不要求PWB試驗板有過孔，但規(guī)定PWB試驗板在焊盤最少50%的位置上包含有過孔，產(chǎn)生與PWB產(chǎn)品過孔相似的機械效能。9．建議進行OSP（有機焊膜）表面涂層。可選用HASL（熱風(fēng)焊料平整）工藝。10．如果適用，規(guī)定使用NSMD（非阻焊層限定）。11．與焊球焊接的PWB的焊盤直徑最好是元器件被焊料潤濕的焊盤直徑的80%~100%。12．每個菊花鏈網(wǎng)絡(luò)需要多探針式焊盤便于進行失效分析。13．標(biāo)準(zhǔn)外層銅箔厚度最好為35μm[137.8μin]。14．外層印制線最小寬度最好為150μm[590.6μin]。15．如果可以，封裝體與相鄰封裝之間、接線端子或板邊緣需要最小5mm[0.2in]間隙，還要有拆除失效封裝所需的空間。16．對于阻焊劑對準(zhǔn)，表面貼裝焊盤上不允許有重疊現(xiàn)象。NSMD焊盤上不允許有阻焊劑。17．對于PWB板翹曲，要求在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（IPC-2221、IPC-6012和IPC-A-600）規(guī)定的范圍值內(nèi)。這些標(biāo)準(zhǔn)參見PWB翹曲“彎曲與扭轉(zhuǎn)”。18．用在鏡面（雙面）板上的元器件必須在鏡面結(jié)構(gòu)板上進行測試。19．規(guī)定要有絲印或銅蝕刻（包括但不限制）的圖解說明—清楚地標(biāo)明試驗板上的所有元器件、所有測試點以及用于正確封裝的插頭1的位置，這樣便于進行組裝、ATC和失效分析。。4.2.2.2試驗板的菊花鏈設(shè)計組裝后元器件上與PWB試驗板上的菊花鏈連接成一個完整的菊花鏈網(wǎng)。建議將菊花鏈跡線鏈設(shè)計在PWB的頂層，這樣可以避免錯誤判斷（過孔失效而誤認為菊花鏈?zhǔn)В?。強烈建議在裝配前對裸PWB進行加速試驗以確保質(zhì)量并減小在板級測試時過孔失效的可能性。規(guī)定必須對元器件/PWB菊花鏈進行連續(xù)檢測。但建議在每個菊花鏈網(wǎng)內(nèi)設(shè)計人工多探針式焊盤以便于失效隔離。在每個菊花鏈網(wǎng)內(nèi)使用多跳線定位能夠?qū)ζ渌氖恢眠M行連續(xù)檢測。4.2.2.3試驗板的文件編制要求下面是試驗板所需的文件說明：1.PWB布局。2.電介質(zhì)材料。3.最好提供內(nèi)部印制線、板面和過孔幾何尺寸。4.外部幾何尺寸。5.鍍層拋光。6.x/y上的CTE（熱膨脹系數(shù)）測量值，推薦用TMA或云紋干涉法。7.測量的玻璃軟化溫度Tg。8.試驗板在恒溫箱中的安放位置。4.2.3印制板（試驗板）組裝大多數(shù)情況是利用大型回流輸送帶式焊爐和熱風(fēng)再加工工作臺將SMT器件組裝到電路板上。因此，最好使用這兩種回流方法將菊花鏈結(jié)構(gòu)的元器件組裝到試驗板上。再加工是利用再加工設(shè)備進行回流操作而不是將元器件重新使用。再加工的元器件應(yīng)該是原始未加工的，與大型回流組裝器件相同。在進行大型回流或再加工操作前對菊花鏈結(jié)構(gòu)的元器件進行吸濕可能會導(dǎo)致各種封裝接口處的分層。多種研究還表明印制板組裝參數(shù)的復(fù)雜性不但會影響產(chǎn)出率還會影響焊接件的可靠性。因此，附有焊接件可靠性試驗結(jié)果的文件資料非常重要（包括下面列出的試驗板組裝的文件資料）。粘附著或機械連接的散熱片會影響焊接件的可靠性，需要在專用的測試中進行評估，不在本標(biāo)準(zhǔn)中說明。4.2.3.1印制板（試驗板）組裝要求必須在組裝前對印制板（試驗板）組裝定位工藝參數(shù)進行優(yōu)化。優(yōu)化的工藝參數(shù)包括焊料量、焊膏對準(zhǔn)、印刷速度、刮刀壓力、漏板離網(wǎng)和熱溫度曲線等等。如果可以，應(yīng)該按照“印制板組裝生產(chǎn)前的元器件烘烤”的存儲/烘烤步驟。如果沒有確定元器件抗潮級別或烘烤規(guī)格，則默認需要在125℃【257如果可以，應(yīng)該按照“再加工處理生產(chǎn)前的印制板烘烤”的存儲/烘烤步驟。如果沒有確定PWB抗潮級別或烘烤規(guī)格，則默認需要在105℃【221必須在組裝后對所有焊接件進行X射線檢測，確定焊接件的缺陷。焊點缺陷包括：橋接、開路、焊點丟失、大片空洞、焊球?qū)ξ徊涣家约叭鄙俳呛缚p。有總?cè)毕莸钠骷粦?yīng)該包括在可靠性評估中。如果檢測出多種總?cè)毕?，建議重復(fù)進行制造過程優(yōu)化。必須對所有組裝件進行電氣連通性檢測。菊花鏈結(jié)構(gòu)的起始電阻發(fā)生開路、短路或任何異常都是不合格的。不應(yīng)該在ATC中檢測起始電阻發(fā)生開路、短路/異常的樣品。4.2.3.2試驗板組裝的文件編制下面列出了試驗板組裝所需的資料：1.回流溫度特性說明，包括預(yù)熱溫度、緩變率、臨界峰值溫度（焊料、封裝表面以及印制板等）、在高于焊料液化溫度時的持續(xù)時間以及冷卻速率。包括回流氣壓、熱電偶位置以及連接結(jié)構(gòu)（形式）。2.焊料組成成分以及焊膏金屬比例、粒篩尺寸和助焊劑類型。3.標(biāo)定的焊膏量。4.標(biāo)定的焊接件基準(zhǔn)距。5.標(biāo)定的焊球尺寸或角焊縫形狀，最好使用對角橫截/X射線分層法。6.在每個試驗板再加工現(xiàn)場完成的再加工次數(shù)（默認值＝1）。4.3加溫測試方法4.3.1通過等溫老化進行預(yù)處理最好選擇非商業(yè)用戶，組裝后的試驗器件在大氣中進行加溫老化（例如在100℃[212℉]下24小時{(-0/＋5℃)，（-0/＋94.3.2溫度循環(huán)注：標(biāo)有*的段落是從JESD22-A104-B摘抄的。4.3.2.1*恒溫箱在加載最大載荷時，所使用的恒溫箱必須能夠提供并控制規(guī)定的溫度并在工作區(qū)循環(huán)記錄時間。對樣品的直接導(dǎo)熱應(yīng)該最小。必須通過下列一種或兩種方法對達到試樣溫度要求的每個恒溫箱進行性能驗證：（a）使用測量儀器和最大加載進行定期校準(zhǔn)，并對固定的測溫工具熱電偶進行的每一次溫度測量（確保運行的可重復(fù)性）進行連續(xù)監(jiān)測。（b）將測量器件放置在最惡劣溫度位置（可能是載荷的四角和中間位置），對每一次的測試進行連續(xù)監(jiān)測。4.3.2.2*測試步驟樣品必須放置在大致沒有阻礙空氣流通的地方。如果需要特殊安裝，必須有特定說明。然后必須對試樣進行規(guī)定循環(huán)次數(shù)下規(guī)定的溫度循環(huán)測試。在完成試驗規(guī)定的全部循環(huán)次數(shù)時，可能會由于試驗箱裝載或器件卸載、人工檢驗中斷以及電源或設(shè)備故障等原因而引起試驗中斷。但必須將中斷次數(shù)減到最少。如果要將熱電偶粘在樣品上，那么必須盡量少的使用粘膠劑或膠帶，以確保正確的溫度測量。在連接熱電偶或其它溫度測量儀器時，使用的方法應(yīng)該確保樣品總質(zhì)量達到溫度極限以及駐留/保溫時間的要求。在進行焊點疲勞測試時，注意避免試驗樣品的瞬時溫度坡度。熱質(zhì)量大且傳熱效率低的試樣需要足夠低的緩變率來彌補熱質(zhì)量。在溫度緩變過程中，試樣溫度與恒溫箱周圍溫度差應(yīng)該在幾度范圍內(nèi)。對于熱質(zhì)量大的試樣，可能需要使用單區(qū)恒溫箱來達到規(guī)定的緩變率。下面是規(guī)定的或推薦的條件：a）最好使用有空氣的單區(qū)恒溫箱，垂直放置印制板（試驗板），最好與氣流平行。b）建議對恒溫箱內(nèi)不同位置的六塊板進行溫度測量，2塊在恒溫箱的中間區(qū)域，4塊在四周。c）表4－1列出了每個溫度極限點的駐留時間、加熱和冷卻速率（緩變率）。印制板（試驗板）上熱電偶的平均數(shù)用于計算緩變率。應(yīng)該在低溫保留的最大極限與高溫保溫的最小極限之間測量緩變率。4.3.3試驗檢測4.3.3.1溫度檢測表4－4列出了溫度檢測要求。4.3.3.2菊花鏈的電氣檢測表4－4列出了對菊花鏈進行電氣檢測的要求。必須通過事件檢測器/數(shù)據(jù)記錄器進行連續(xù)的電氣檢測，事件檢測器為首選參考檢測方法。人工讀點不適用于連續(xù)檢測。焊點斷裂幾乎都與電氣有關(guān)——瞬時開路或高電阻連接。事件檢測器的主要優(yōu)點就是可以捕獲這些間歇的高電阻情況——通常在增加一個可測電阻前，焊點完全斷裂剛發(fā)生后出現(xiàn)。事件檢測器最嚴重的缺點就是由于測試儀器、電纜或接線端子微小的電氣噪聲造成的錯誤的故障指示。數(shù)據(jù)記錄器探測并記錄電阻變化。規(guī)定使用數(shù)據(jù)記錄器進行掃描，間隔時間不到1分鐘。除了使用連續(xù)檢測的方法外，還需要人工檢驗以便減少故障誤判（由于連接電纜、接線端子、PWB試驗板或測試儀器故障引起）。在熱循環(huán)間隔進行人工檢測對連續(xù)檢測來說不是一個可選的方法。因為不但人工檢測忽略高/低溫時的初始失效，而且失效持續(xù)時間的準(zhǔn)確度也取決于人工取樣頻率。此外，這種方法還擾亂試驗的進行，當(dāng)失效發(fā)生時不能確切地找到，非常浪費時間。4.3.3.3失效定義事件檢測器定義的失效：第一次的中斷，持續(xù)最長1微秒，菊花鏈電阻值增加到100Ω或更大，在距初始失效10％的循環(huán)時間內(nèi)通過另外9個或更多事件證實失效。為了確定失效是由于互聯(lián)造成的就需要檢測大量的中斷。對于非互聯(lián)性失效造成的中斷（例如測試儀器、軟件故障），必須進行說明。數(shù)據(jù)記錄器定義的失效：在最多5個連續(xù)檢測讀數(shù)/掃描內(nèi)最多20％的額定電阻值增加。表4－4給出了失效定義。表4－4試驗檢測要求試驗參數(shù)規(guī)定條件溫度（恒溫箱特性）恒溫箱初次啟動時，對恒溫箱內(nèi)每塊板上的元器件的溫度進行監(jiān)測并記錄。利用試樣負載、試驗板結(jié)構(gòu)和固定儀器進行特性驗證。溫度（恒溫箱測試過程中）連續(xù)監(jiān)測至少2塊試驗板（恒溫箱中間和四周）上的2個元器件的溫度以及恒溫箱的環(huán)境溫度。電氣（高溫和低溫）連續(xù)瞬時事件監(jiān)測（推薦參考）或連續(xù)的電阻監(jiān)測（掃描所有菊花鏈的最長間隔時間＝1分鐘）。不允許人工檢測。失效定義事件檢測器：1000Ω，10個事件（最多），1微秒持續(xù)時間（最長），報告首次被驗證為失效的時間。和/或數(shù)據(jù)記錄器/電壓表：20％額定電阻值增加（最多），5個讀數(shù)/掃描值（最多）。5．鑒定要求5.1熱循環(huán)范圍表4-1給出了熱循環(huán)要求。任何產(chǎn)品的熱循環(huán)要求應(yīng)該通過用戶根據(jù)產(chǎn)品特定的運行環(huán)境確定。推薦參考：熱循環(huán)條件TC1（0℃[32℉]~100℃[212℉]），測試時間表4-1給出了熱循環(huán)要求。表4-1中給出了4個測試條件的溫度循環(huán)范圍及其允許的溫度極限。除了溫度極限外，測試條件TC1、TC3和TC4分別與JEDEC22-104A-A中的測試條件J、G和B相同。*注意：選擇測試條件時應(yīng)注意：1）給定測試條件下的Tmax可能超出PWB的玻璃軟化溫度范圍（Tg-25℃[45℉]），會使2）給定測試條件下的Tmax可能超出某些元器件材料的玻璃軟化溫度，可能會導(dǎo)致失效機理在設(shè)計應(yīng)用條件下不能被正常發(fā)現(xiàn)；3）熱膨脹系數(shù)差超出測試條件溫度范圍會導(dǎo)致試驗板上過孔的過早失效，從而限制了被檢測器件的電子讀數(shù)性能。測試條件TC3與TC4的其它缺點：1）與試驗板上高縱橫比的過孔的兼容性降低。2）在更大溫度范圍內(nèi)，試樣材料與測量材料特性的相關(guān)性降低。3）在給定的大多數(shù)電子應(yīng)用相對良性的實際使用的溫度范圍內(nèi)推斷使用壽命的精確度降低。5.2熱循環(huán)測試時間任何產(chǎn)品的熱循環(huán)測試時間要求應(yīng)該由用戶確定，以便滿足產(chǎn)品的特定運行環(huán)境要求。表4-1給出了熱循環(huán)測試時間要求。推薦：溫度循環(huán)條件TC1（0℃~100℃[32℉~212℉]），測試時間NTC-E（*注意：在推斷產(chǎn)品使用環(huán)境中循環(huán)壽命的加速測試結(jié)果時必須注意。在溫度極限點駐留/保溫時間短會導(dǎo)致不完整的蠕變過程。因此，即使提供給加速試驗的張力和應(yīng)力范圍可能比給運行使用中提供的大，但加速試驗的循環(huán)滯后回線可能會小。試驗加速度主要是較短的平均失效時間之一，不一定是較少疲勞循環(huán)周期之一。如果在確定NTC等級前，試樣發(fā)生50%（最好是63.2%）的累計失效，那么測試時間由到最后失效樣品的失效循環(huán)次數(shù)決定。5.3試樣數(shù)量規(guī)定33個元器件進行默認的產(chǎn)品特性化試驗（見表4-1）。其中32個被測試，1個在組裝后做橫切面。另外10個（最少）原始未加工的樣品進行再加工裝配，強烈建議將它們對可靠性的影響列為全部默認特性。免除類型A（見表4－3），不需要另外的試樣進行再加工測試。5.4免除試驗的要求必須滿足表4－3免除欄內(nèi)的條件才能免除試驗。當(dāng)【新】器件滿足（IPC-9701全部默認保護特性）此欄中規(guī)定的免除要求時不需要測試。6．失效分析失效分析的主要目的是確定電氣故障的位置、模式以及機理。在大多數(shù)情況下，故障是否發(fā)生在測試電纜/接線端子、試驗板、焊接件或封裝內(nèi)部連接不是非常明顯。試驗板、菊花鏈結(jié)構(gòu)芯片模以及整個連接電路圖的周密設(shè)計可以減少失效隔離的設(shè)計。6.1失效分析方法常見的失效分析方法有掃描電子顯微鏡（SEM）、X射線、掃描超聲波顯微鏡（CSAM）、橫切面（橫向平行）以及染色與滲透（組裝件加壓染色曝光，然后拆除機械封裝）。建議在失效非破壞性鑒定后，進行橫切和染色與滲透評估。在測試（NTC級循環(huán)結(jié)束后零失效）結(jié)束后，供應(yīng)商必須進行失效分析（每個試驗板類型最少隨機選擇3個器件）以確保不遺漏由于菊花鏈設(shè)計失誤或檢測硬件故障而未被檢測出的失效。6.2數(shù)據(jù)與失效分析的文件編制要求下面規(guī)定了文件編制的要求：1.所有實驗裝置（包括恒溫箱和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）的詳細說明，。2.印制板（試驗板）與恒溫箱的溫度與時距曲線圖（恒溫箱啟動特征數(shù)據(jù)）。3.數(shù)據(jù)記錄器樣品的電阻值與時距曲線圖。4.所有失效的疲勞循環(huán)周期的表列數(shù)據(jù)（最好為電子文檔）。5.所有失效的2－參數(shù)威伯爾圖表（建議）。6.失效分析樣品、失效模式鑒定（染色與滲透、CSAM、橫切、X射線或其它適合的鑒定方法）、根本原因確定（每個試驗板類型最少3個試樣）以及主要的失效模式。7.對于NTC級循環(huán)后零失效的測試，進行失效分析的文件資料（每個試驗板類型最少隨機抽取3個器件）。8.單個典型的封裝/組裝板原點對角橫切的橫截面。7.質(zhì)量保證7.1檢驗職責(zé)除非合同上另有規(guī)定外，供應(yīng)商負責(zé)履行所有檢驗要求以確保產(chǎn)品質(zhì)量符合本標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定要求。用戶保留進行規(guī)范中列出的任何檢驗的權(quán)力以確保供應(yīng)與服務(wù)符合規(guī)定要求。7.2質(zhì)量合格檢驗7.2.1組裝檢驗必須對焊點的總?cè)毕葸M行檢驗——通過非破壞性的X射線技術(shù)對組裝件進行檢驗（見4.2.31.元器件檢驗元器件共面性是否符合JEDEC要求。再檢查推薦的元器件烘烤步驟并確保符合要求。2.PWB檢驗PWB翹曲是否符合IPC要求。目測阻焊層對位的偏差，NSD焊盤上阻焊層覆蓋面，NSMD不允許有阻焊層。3.組裝檢驗焊膏型號和有效期、刮刀、漏板、PWB上焊膏的稠度以及封裝放置位置。要求焊膏覆蓋整個焊盤。檢驗回流溫度曲線，確保符合生產(chǎn)規(guī)范。7.2.2熱循環(huán)檢驗必須對熱溫度曲線中（通過熱電偶在3個熱循環(huán)間隔（開始、中間和結(jié)束）測量產(chǎn)生）的至少3個樣品進行檢驗。確保它們滿足第5部分規(guī)定的熱循環(huán)條件要求。7.2.3失效分析檢驗必須按照6.1中的規(guī)定進行失效分析。對于NTC級循環(huán)結(jié)束后零失效的試驗，作橫斷面測量和染色與滲透的樣品必須用于制圖，確保滿足零失效條件。附錄AA.1加速因子還沒有完整地建立起能替代實驗驗證的焊點可靠性評估的分析與計算模型。估算加速因子的焊點可靠性模型可以根據(jù)經(jīng)驗與資源由簡單到復(fù)雜。因此，元器件的最終用戶們越來越多地利用實驗的與計算的焊點可靠性理論來估算實際的現(xiàn)場使用壽命。建議負責(zé)封裝設(shè)計與材料選擇的供應(yīng)商們能夠為被測設(shè)備提供機械模型（力學(xué)模型）與材料性能參數(shù)表。需要考慮兩個加速因子：AF（循環(huán)數(shù)）——與焊點的循環(huán)疲勞壽命有關(guān)，是在給定使用環(huán)境中產(chǎn)品壽命的試驗中獲得；AF（MTTF）——與焊點的失效時間有關(guān)，是在給定的使用環(huán)境中產(chǎn)品壽命的試驗中獲得。根據(jù)疲勞循環(huán)，加速因子可表示為：AF（循環(huán)數(shù)）＝Nf（產(chǎn)品）/Nf（試驗）（公式1）式中：Nf（產(chǎn)品）是使用中產(chǎn)品的平均疲勞壽命，Nf（50％）。Nf（試驗）是在測試中模擬產(chǎn)品的試驗設(shè)備的平均失效壽命，Nf（50％）。根據(jù)失效時間，加速因子可表示為：AF（MTTF）＝AF（循環(huán)數(shù)）×f（試驗）/f（產(chǎn)品）（公式2）式中：f（試驗）為試驗的循環(huán)頻率，f（產(chǎn)品）為使用中的循環(huán)頻率。A.2加速因子計算實例下面是一個計算實例，用于比較主要變量產(chǎn)生的影響，僅供參考。由其它模型計算出的相似的加速因子（因為適用）也將包括在內(nèi)。以下給出的加速因子是基于IPC-D-279附錄A-3.1中的Engelmaier-Wild模型。需要指出：試驗條件TC3和TC4的溫度循環(huán)范圍違反了下列模型警告的限制條件，這些限制條件是根據(jù)焊料受時間、溫度和應(yīng)力影響的特性制定的。在Engelmaier-Wild模型中，下面給出的疲勞韌性指數(shù)m表示在加速試驗中焊點內(nèi)不完整的蠕變/應(yīng)力松弛過程。溫度越高，蠕變率越快，循環(huán)駐留時間越長，蠕變過程越完整（tD=半周期駐留時間，以分鐘為單位）。（公式3）下式中給出了焊點的平均循環(huán)溫度Tsj：（公式4）表A-1中給出了4種試驗等級以及典型產(chǎn)品溫度循環(huán)下的m值。在不同的試驗條件下，m值不同，因為每個試驗等級的Tsj不同；對于不同的樣品溫度循環(huán)，m值是相同的，因為在所有情況下Tsj＝30℃[54℉]，t表A-2中給出了4種試驗等級以及4種典型溫度循環(huán)（表A-1）下有固定設(shè)計參數(shù)的給定元器件的平均疲勞壽命Nf（50％），數(shù)據(jù)基于IPC-D-279附錄A中焊接件的疲勞模型。還給出了AF(N)以及與平均失效時間有關(guān)的加速因子。應(yīng)該注意，Nf和AF來自同一PCB上同一元器件，壽命值的不同完全是因為試驗與產(chǎn)品使用條件的不同。表A-14種試驗條件和4種典型的產(chǎn)品使用條件下的指數(shù)m值試驗條件典型的產(chǎn)品溫度循環(huán)試驗ΔTT(最低)T(最高)mΔTT(最低)T(最高)mTC1100°C[180°F]0°C[32°F]+100°C[212°F]2.44420°C[36°F]+20°C[68°F+40°C[104°F]2.210TC2125°C[225°F]-25°C[-13°F]+100°C[212°F]2.49060°C[108°F]0°C[32°F]+60°C[140°F]2.210TC3165[297-[-40+1[2572.47110[180-2[-4°F+8[1762.210TC4180[324°F-[-67+1[2572.49914[252°F-4[-40°F+10[212°F2.210表A-2給定元器件組裝件在4種試驗條件和4種典型的產(chǎn)品使用條件下的平均疲勞壽命及其對應(yīng)的加速因子試驗條件典型的產(chǎn)品溫度循環(huán)試驗ΔTNf(505)Nf(1%)ΔTNf(505)Nf(1%)AF(N)AF(MTTF)TC1100°C[180°FC[36°F]2210007670012.9310.2T