无铅焊点可靠性分析与经典案例
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N/A
Reliability Makes Classic Ceprei-Rac----www.rac.ceprei.com
2.4 可靠性试验案例（2）
鼠标与键盘主板无铅过渡可靠性测试矩阵（续）
鉴定测试项目
温度循环
高温高湿
单体跌落
推拉力
切片测试: samples
功能测试 与 失效标准 Functional test & Failure criteria
跌落 车载使用 按键与不准确的把握与移动
试验项目与方法
温度循环Temperature Cycling
温度冲击 Thermal Shock 高温贮存（老化） 湿热加电试验（ECM） 高压蒸煮试验 机械跌落 Mechanical Drop 随机振动 Random Vibration 三点弯曲 Three-Point Bending
如果焊点不可靠。。。
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1.2 焊点的主要失效模式
对于检测合格的焊点，其主要失效模式：
•断裂开路失效 •腐蚀失效 •电迁移失效
主要失效模式：机械与热 应力导致的开路失效！
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Corrosion 腐蚀 Insulation resistance 绝缘电阻下降
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2.2 焊点的可靠性试验标准
IPC- SM-785 Guidelines for Accelerated Reliability Testing of Surface Mount Attachments 表面安装焊接件 加速可靠性试验导则
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2.3.8 电迁移试验 ECM
绝 缘 电 阻 （ Ω ）
时间（t/h）
试验标准：IPC-TM-650 2.6.14：85℃，85％RH，500h，Via 10 V DC 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。
Pull the gull-wing lead upwards at 45ºangle with a speed of 10mm/min.For leadless component push the component away from the pad. Record the force value.
DAGE 4000
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2.3.6 剪切强度测试－PCBA焊点推力
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2.3.7 抗拉强度测试－焊点拉力
Thermo mechanical reliabilitity 机械与热应力导致的可靠性
Electrochemical reliability 电化学可靠性
Static fracture静态断裂 Thermal Fatigue fracture 热疲劳断裂 Creep fracture蠕变断裂 Vibration fracture振动断裂 Electrochemical Migration电化学迁移
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2.4 可靠性试验案例（2）
鼠标与键盘主板无铅过渡可靠性测试矩阵
鉴定测试项目 温度循环
高温高湿
单体跌落
推拉力
样品数量 Sample size
测试条件 Conditions
试验时间 Durations
2.3.4 弯曲试验
三点弯曲试验的原理与过程
Reliability Makes Classic Ceprei-Rac----www.rac.ceprei.com
2.3.5 剪切强度测试－BGA球推力
Shear Ram
Shear Direction
Ram Height
Solder Ball Substrate
失效数据采集与监控系统： •事件检测：Event Detector（>1000×1,10） •电阻连续检测：Resistance Monitor，＋20％（Ceprei）
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2.3.2 振动试验 Vibration Test
12 samples:
Minimum -40+85C 1h/cycle
100cycles mouse /keyboard
12 samples:
65C90%Rh for with Bias Mouse/Keyboard
192 hours: test at 96 hours (PASS) and 192 hours for information.
跌落试验方法解析
Drop Tower
Daisy Chain Monitoring System
பைடு நூலகம்
Velocity Monitoring System
Video System
Strain Measuring System
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2.3 主要的可靠性试验方法
类别 热应力
电化学 应力 机械应力
可能的环境应力 （规定的条件）
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 使用与转移现场温度的快速变化 贮存期间的热应力 高温高湿的工作环境
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R
电迁移试验 ECM－失效案例
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2.4 可靠性试验案例（1）
Solder Joint Reliability Qualification for XXX
第2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
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2.1 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：
Ram Height-----
> 50 μm (2 mils) ≤ 25% of Ball Height
Ram Width----about the ball size
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BGA球剪切强度测试示例
IPC- 9701 Performance Test Methods and Qualification Requirements for Surface Mount Solder Attachments 表面安装焊件性能试验方法与鉴定要求
IPC-TM- 650 Test Methods Manual 实验方法手册
Failure Criteria
Guided Free-fall
1.0～1.3 m
Y-axis～10×方向
Tested until failure. Sample classified as pass if no failure within 30 times of impact，或10个方 向×1次，无失效
1.1 焊点基本作用－互联
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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
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10 times of initial daisy chain resistance value， 或无超过标准的开裂
Y X
PCB with PBGA mounted
1.0～ 1.3 m
参考标准：GB2423
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2 components per type
(capacitor, resistor, BGA, gall-wing lead, DIP)
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2.3.1 热疲劳试验方法介绍－温度循环01
－ 40℃
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热疲劳试验方法介绍－温度循环02
控制原理图
参考试验标准：JESD-22-A110-B， GB2423.11，IPC-TM-65. 2.6.9
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2.3.3 机械跌落试验 Drop Test
Loading Condition Drop Height Impact Axis Testing Mode
Test Method 1000 cycles TCX (-40C to 85C, 15 min. ramp/ 15 min. dwell) 500 hours @ 85C/85RH 500 hours @ 85C Per Intel specification* Per Intel specification* Per Intel specification** (applies to matte-Sn and SnCu alloys only)
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, luodj@ceprei.com
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
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6 samples
For mouse, in 10 orientations, height as per product specs For keyboard, in 10 orientations height as per product specs N/A
3 gull-wing leads from 3 samples for each process: Sn-Pb and lead free Capacitors from 3 samples for each process: SnPb and lead free
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。
Test Temp Cycling Temp Humidity Bake Shock Vibe Tin Whisker
1.3 焊点主要失效模式的失效机理
主要失效机理：热疲劳！
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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
Joint Materials CTE不匹配！
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2.4 可靠性试验案例（2）
鼠标与键盘主板无铅过渡可靠性测试矩阵（续）
鉴定测试项目
温度循环
高温高湿
单体跌落
推拉力
切片测试: samples
功能测试 与 失效标准 Functional test & Failure criteria
跌落 车载使用 按键与不准确的把握与移动
试验项目与方法
温度循环Temperature Cycling
温度冲击 Thermal Shock 高温贮存（老化） 湿热加电试验（ECM） 高压蒸煮试验 机械跌落 Mechanical Drop 随机振动 Random Vibration 三点弯曲 Three-Point Bending
如果焊点不可靠。。。
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1.2 焊点的主要失效模式
对于检测合格的焊点，其主要失效模式：
•断裂开路失效 •腐蚀失效 •电迁移失效
主要失效模式：机械与热 应力导致的开路失效！
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Corrosion 腐蚀 Insulation resistance 绝缘电阻下降
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2.2 焊点的可靠性试验标准
IPC- SM-785 Guidelines for Accelerated Reliability Testing of Surface Mount Attachments 表面安装焊接件 加速可靠性试验导则
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2.3.8 电迁移试验 ECM
绝 缘 电 阻 （ Ω ）
时间（t/h）
试验标准：IPC-TM-650 2.6.14：85℃，85％RH，500h，Via 10 V DC 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。
Pull the gull-wing lead upwards at 45ºangle with a speed of 10mm/min.For leadless component push the component away from the pad. Record the force value.
DAGE 4000
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2.3.6 剪切强度测试－PCBA焊点推力
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2.3.7 抗拉强度测试－焊点拉力
Thermo mechanical reliabilitity 机械与热应力导致的可靠性
Electrochemical reliability 电化学可靠性
Static fracture静态断裂 Thermal Fatigue fracture 热疲劳断裂 Creep fracture蠕变断裂 Vibration fracture振动断裂 Electrochemical Migration电化学迁移
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2.4 可靠性试验案例（2）
鼠标与键盘主板无铅过渡可靠性测试矩阵
鉴定测试项目 温度循环
高温高湿
单体跌落
推拉力
样品数量 Sample size
测试条件 Conditions
试验时间 Durations
2.3.4 弯曲试验
三点弯曲试验的原理与过程
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2.3.5 剪切强度测试－BGA球推力
Shear Ram
Shear Direction
Ram Height
Solder Ball Substrate
失效数据采集与监控系统： •事件检测：Event Detector（>1000×1,10） •电阻连续检测：Resistance Monitor，＋20％（Ceprei）
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2.3.2 振动试验 Vibration Test
12 samples:
Minimum -40+85C 1h/cycle
100cycles mouse /keyboard
12 samples:
65C90%Rh for with Bias Mouse/Keyboard
192 hours: test at 96 hours (PASS) and 192 hours for information.
跌落试验方法解析
Drop Tower
Daisy Chain Monitoring System
பைடு நூலகம்
Velocity Monitoring System
Video System
Strain Measuring System
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2.3 主要的可靠性试验方法
类别 热应力
电化学 应力 机械应力
可能的环境应力 （规定的条件）
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 使用与转移现场温度的快速变化 贮存期间的热应力 高温高湿的工作环境
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R
电迁移试验 ECM－失效案例
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2.4 可靠性试验案例（1）
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第2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
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2.1 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：
Ram Height-----
> 50 μm (2 mils) ≤ 25% of Ball Height
Ram Width----about the ball size
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BGA球剪切强度测试示例
IPC- 9701 Performance Test Methods and Qualification Requirements for Surface Mount Solder Attachments 表面安装焊件性能试验方法与鉴定要求
IPC-TM- 650 Test Methods Manual 实验方法手册
Failure Criteria
Guided Free-fall
1.0～1.3 m
Y-axis～10×方向
Tested until failure. Sample classified as pass if no failure within 30 times of impact，或10个方 向×1次，无失效
1.1 焊点基本作用－互联
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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
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10 times of initial daisy chain resistance value， 或无超过标准的开裂
Y X
PCB with PBGA mounted
1.0～ 1.3 m
参考标准：GB2423
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2 components per type
(capacitor, resistor, BGA, gall-wing lead, DIP)
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2.3.1 热疲劳试验方法介绍－温度循环01
－ 40℃
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热疲劳试验方法介绍－温度循环02
控制原理图
参考试验标准：JESD-22-A110-B， GB2423.11，IPC-TM-65. 2.6.9
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2.3.3 机械跌落试验 Drop Test
Loading Condition Drop Height Impact Axis Testing Mode
Test Method 1000 cycles TCX (-40C to 85C, 15 min. ramp/ 15 min. dwell) 500 hours @ 85C/85RH 500 hours @ 85C Per Intel specification* Per Intel specification* Per Intel specification** (applies to matte-Sn and SnCu alloys only)
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, luodj@ceprei.com
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
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6 samples
For mouse, in 10 orientations, height as per product specs For keyboard, in 10 orientations height as per product specs N/A
3 gull-wing leads from 3 samples for each process: Sn-Pb and lead free Capacitors from 3 samples for each process: SnPb and lead free
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。
Test Temp Cycling Temp Humidity Bake Shock Vibe Tin Whisker
1.3 焊点主要失效模式的失效机理
主要失效机理：热疲劳！
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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
Joint Materials CTE不匹配！
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