无铅焊点可靠性测试方法
无铅焊点可靠性分析
无铅焊点可靠性分析单位：姓名：时间：无铅焊点可靠性分析摘要：主要介绍了Sn-Ag-Cu合金焊接点发生失效的各种表现形式，探讨失效发生与影响可靠性的各种原因及如保在设计及制程上进行改进以，改善焊点的可靠性，提高产品的质量。
关键词：焊点；失效；质量；可靠性前言：电子产品的“轻、薄、短、小”化对元器件的微型化和组装密度提出了更高的要求。
在这样的要求下，如何保证焊点质量是一个重要的问题。
焊点作为焊接的直接结果，它的质量与可靠性决定了电子产品的质量。
也就是说，在生产过程中，组装的质量最终表现为焊接的质量。
目前，环保问题也受到人们的广泛关注，在电子行业中，无铅焊料的研究取得很大进展，在世界范围内已开始推广应用，无铅焊料与有铅焊料相比，其润湿性差、焊接温度，形成的焊点外观粗糙等不利因素。
因此对其焊点品质也是一个大家很关注的问题。
中将就Sn-Ag-Cu焊料合金的焊点质量和可靠性问题进行探讨。
一、无铅焊点的外观评价在印刷电路板上焊点主要起两方面作用。
一是电连接，二是机械连接。
良好的焊点就是应该是在电子产品的使用寿命周期内，其机械和电气性能都不发生失效。
良好的焊点外观表现为：（1）良好的润湿；（2）适当的焊料，完全覆盖焊盘和焊接部位；（3）焊接部件的焊点饱满且有顺畅连接的边缘；二、寿命周期内焊点的失效形式产品在其整个寿命期间内各个时期的故障率是不同的, 其故障率随时间变化的曲线称为寿命的曲线, 也称浴盆曲线（见下图）如上图所示，产品寿命的曲线总共分为三个阶段早期故障期，偶然故障期，耗损故障期。
1）、早期故障期：在产品投入使用的初期，产品的故障率较高，且具有迅速下降的特征。
这一阶段产品的故障主要是设计与制造中的缺陷，如设计不当、材料缺陷、加工缺陷、安装调整不当等，产品投入使用后很容易较快暴露出来。
可以通过加强质量管理及采用筛选等办法来减少甚至消灭早期故障。
2）、偶然故障期：在产品投入使用一段时间后，产品的故障率可降到一个较低的水平，且基本处于平稳状态，可以近似认为故障率为常数，这一阶段就是偶然故障期。
无铅焊点的可靠性及其验证试验
无铅焊点的可靠性及其验证试验编辑: panda-liu无铅焊点的可靠性及其验证试验by John H. Lau Agilent Technologies, Inc. EMA摘要本研究中对RoHS符合产品的可靠性进行了研究，重点是无铅焊点的可靠性。
焊料在电子组装中是一个电的和机械的―胶水‖。
无铅焊料提供的特性是否会让业界在未来一直依赖它？本文无法给出结论！然而，我们试图帮助所有从事这项工作的人更好地理解为什么或应该如何去做，以便他们在未来能够找出答案。
引言R oHS中规定禁止使用铅(Pb)，汞(Hg)，镉（Cd），六价铬(Cr6+)，PBB（多溴联苯），PBDE（多溴二苯醚）等6 种有害物质，实施日期是2006年7月1日。
这意味着，从这天起，所有的EEE（电气、电子设备），除那些豁免的之外[1,2,3]，如果他们含有这6种禁用物质，都不能在欧盟市场上销售。
无－X （如无- 铅）的定义是什么？这6种禁用物质在任何一个EEE的均匀材质中所允许的最大浓度值(MCV)已在EU公报上公布，并在2005 年8月18日立法[4]。
它陈述：条款5(1)(a)规定，铅、汞、六价铬、多溴联苯(PBB)，多溴二苯醚（PBDE）均匀材质的MCV 为0.1%重量百分比，镉的MCV为0.01％。
简单地讲，以无铅为例，定义为任何一个EEE在所有的（单个的）均匀材质中，铅含量小于0.1wt%。
什么是均匀材料？它定义为不能进一步分解成不同材料的单一材料。
更多的―均匀材料‖解释，请参看[5]。
本文重点仅讨论Pb有害物质。
当今，焊料合金多半使用的是63Sn37Pb，熔点183℃。
不久前，多于1 0 0种无铅焊料合金存在于世，如[6]中表3.1 所示。
然而，今天电子业界主要的无铅焊料是Sn(3-4)wt%Ag(0.5-0.7)wt%Cu (或简称SAC)，熔点217 ℃，比铅锡焊料合金的熔点高34℃。
印制电路板组装采用SAC焊料（替代SnPb）时，元件和PCB将承受更高的焊接温度，且他们在成本、性能和可靠性方面有很大的不同[10]。
无铅焊点可靠性及验证试验
・
９ ２・
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环
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２ １ 年 ｌ 月 ００ ２
接工 艺 。机器 焊 接 工 艺 中 ， 常会 遇 到焊 盘 焊料 不 通
ｊｉ ｒ ｎｒｄ ｃｄ ｈ ｏ ｃｐ ｎ ｅｔ ｔｏ ｆｌａ －ｒｅｊｉｔｒｌ ｂｌｙ ｗｅｅｉｔ ｄ ｃｄ ｆ ｍ ｅｄ ｆ ｅｓｌｅ ｏｎ ｏｎ ｗｅｅｉｔ ｕ ｅ．Ｔ ｅｃｎ ｅｔａ ｄ ｔ ｈ ｄ ｏ ｄ ｆ ｏｎ ｅ ａｉｔ ｔ ｏ ｓ ｍｅ ｅ ｅ ｉ ｉ ｒ ｎｒ ｕｅ ｒ ｌ －ｒ ｏｄｒ ｉｔ ｏ ｏ ａ ｅ ｊ
结 合 目前 的生 产情 况 ， 考 在 该 领 域处 于领 先 参
个 影 响 电气 系统 整 体 寿 命 的 次要 因素 ， 当使 用 国外 地 位 的安捷 伦 、 创力 、 电 、 为 的研究 模式 ， 论 伟 旭 华 讨 进 口的纯 锡 镀层 无 铅 器 件 时 ， 器 件 焊点 可 能 会 在 采 用有 铅焊 料 焊接 无 铅器 件形 成 的无 铅焊 点 的可 靠 该 ５ａ内 因 锡 须 的 生 长 而 短 路 失 效 ， ０ ０年 发 生 的 性及 验证 试验 的相 关 内容 。 ２０
１ 焊 点 的可 靠 性
足 、 度 曲线设 置 不 当等 问题 。就无铅 焊接 而 言 ， 温 再
流焊 工 艺 温度 曲线 的 优化 至 为 重要 ， 良的工艺 既 优
焊点 的可 靠性 定义 为 焊点 在规 定 的时 间和条 件 可保 证 形 成 高 可靠 性 的焊接 ， 可保 持尽 可 能 低 的 又 下， 完成规定功能而不失效 的能力 。 峰值 温度 。手 工 焊接 工艺 中 ， 键 问题是 焊接 温度 、 关 搪锡 与否 、 接 时间等 的控 制 ， 焊 手工 焊 的焊接参 数漂 移较 大 ， 人为 因素 占很 大 比重 ， 手 工焊接 在 局部返 但
无铅焊接和可靠性测试
2.4.5无铅可靠性常见测试项目 • 5、机械强度试验 • 主要检查焊点的机械强度，通常称为 pull/push试验。 • 严格来讲，这种试验不能归入可靠性测试 的项目。但如果强度试验前，经过时间、 条件方面的预处理，就属于可靠性测试的 项目。
2.4.6无铅可靠性常见测试项目
• 6、机械疲劳试验 这种试验主要应用在电路板上，通过施加交变 的载荷，验证焊点或者PCB的抗疲劳性能。
2.4 无铅可靠性测试的内容
• 涉及无铅的材料、工艺、产品，需要进行 规定时间和规定条件下、能否完成规定功 能的测试，均属于无铅可靠性测试的内容。
2.4.1无铅可靠性常见测试项目
• 1、元器件耐热性试验 主要验证元器件在经过无铅焊接较高温 度的工艺条件，封装的完好性。
2.4.2 无铅可靠性常见测试项目 • 2、元器件可焊性试验 主要验证元器件经过长期储存后引脚的可焊性。
• 由于合金组分大于3以后在冶金和研究方面 变的异常复杂，目前应用较多的合金系统 仍为二元或者三元，其中SnAgCu三元合金 占主导地位。
1.2.4 无铅材料的种类
• 下表是目前一些国际知名公司的应用
1.2.5 无铅材料方面的专利
Mitasubishi Alpha Nihon Senju Indium AT&T Hitachi MitsuiM&S IBM Matsushita 0 10 20 30 40 50
1.3.1 无铅材料的认证
• 和锡铅相同，无铅材料也需分别制造为焊膏paste、 焊棒bar、焊线wire来使用。
• 和锡铅相同，无铅材料也需要分别通过现有的各 种国际标准、国家标准、行业标准的测试认证。 这方面IPC、IEC、Bellcore等国际组织，GB、 BS、DIN、ASTM、JIS等国家标准，以及SJ、 YD、GJB、MIL等行业均有大量规定。 • 和锡铅不同，那么究竟不同在什么地方呢？
无铅焊点检验规范
机械性能检验标准
总结词
焊点的机械性能应满足一定的强度、韧性和耐久性要求。
详细描述
机械性能检验是评估无铅焊点质量的重要环节，主要测试焊点的抗拉强度、剪切 强度和疲劳寿命等指标。焊点的机械性能应满足产品使用过程中的负载要求，具 有一定的强度、韧性和耐久性，以确保电子产品的可靠性和稳定性。
化学性能检验标准
无铅焊点检验规范
目录
• 无铅焊点概述 • 无铅焊点检验标准 • 无铅焊点检验方法 • 无铅焊点检验流程 • 无铅焊点检验注意事项
01
无铅焊点概述
无铅焊点的定义
01
无铅焊点是指不含有铅元素的焊 点，主要由锡、银、铜等元素组 成，以替代传统的含铅焊点。
02
无铅焊点的出现是为了满足环保 要求，降低电子废弃物对环境的 污染。
结果记录与报告
总结词：完整性
详细描述：检验结果的记录与报告应完整、 准确、及时。结果记录应包括所有检验数据 、异常情况及处理措施等，以便对焊接质量 进行全面评估。报告应根据记录的数据进行 整理和分析，提出改进意见和建议，为后续
焊接工艺的优化提供依据。Βιβλιοθήκη 05无铅焊点检验注意事项
环境控制
温度
保持恒定的温度，避免温度波动对焊点检测的影 响。
仪器校准
1 2
校准周期
定期对检测仪器进行校准，确保其准确性和可靠 性。
校准方法
采用标准的校准方法，确保校准过程的准确性和 可重复性。
3
校准记录
对校准过程进行详细记录，以便后续追踪和审查。
人员培训与资质
培训计划
制定完善的培训计划，提高操作人员的技能和知识水 平。
资质要求
确保操作人员具备相应的资质和证书，符合国家和行 业标准要求。
无铅焊接可靠性试验方法
重熔 获得稳定结构
压应力 Cu6Sn5
Sn
获得Cu3Sn层,阻止Cu向Sn 的扩散,抑制Cu6Sn5的生长 Ni/Sn反应速度远低
Cu6Sn5 Cu3Sn
Cu上化学镀Ni
于Cu/Sn
试验方法
没有统一的标准 晶须发生机理不清，不能建立失效模型，加速系 数？试验时间过长
恒温试验 温湿度试验 温度冲击试验 基体金属原子向Sn层扩散产生内应力 Sn氧化层产生内应力 CTE差异产生内应力
废弃物
溶出铅
对人体的 影响 对生态系的 影响
被铅污染的地下 水
¾ ¾ ¾
美国的NCMS计划与NEMI计划 欧洲的IDEALS计划 RoHS法令 2006.7.1 日本的NEDO实用开发计划
日本电子封装协会制定的无铅化进程时间表
时间/年 1999 2001 2002 2003 2005 2007 事 项 首次采用无铅焊料进行批量生产 增加在产品中使用无铅焊料的比例 在新产品上优先使用无铅焊料 对新产品全部采用无铅焊料 含铅焊料仅用于个别用途 全部禁止电子产品中铅的使用
恒温恒湿试验
检查电路板和零件的耐蚀性 检查是否出现晶须
温度 湿度 通电 时间 60℃ 90～ 95%RH 额定电压 500小时或 1,000小时以上
结露循环试验
检查在基板面的结露后，焊接 区之间是否发生离子迁移
高温侧条件 低温侧条件 通电 反复次数 25℃、 90%RH 保持 20分钟 5℃、 60%RH 保持 20分钟 额定电压 100或 200次以上
-40 +0/-10°C to 85 +10/-0°C
偏压试验
检测方法
SEM 晶须长度,形状 晶须密度(250μm •~
无铅制程之可靠度检验手法与案例探讨(Dye-Pry)
(5). 立體顯微鏡下的錫球斷面
PWB Side
BGA Side
此為錫球與PWB端 的Pad間的斷面
PWB Side
BGA Side
錫球斷在此面, 此為 PWB端與Pad之間的 玻璃纖維
此為錫球與PWB端 間的Pad
注意對應。
1
23
A
W
3. 信息判讀
(1). 焊點斷裂位置分類
(2). 焊點斷裂大小分類
Type 0 = No cracks observed Type A = Crack size percentage between 1 – 25% Type B = Crack size percentage between 26 – 50% Type C = Crack size percentage between 51 – 75% Type D = Crack size percentage between 76 – 100%
小。
隨離中心的距離越遠, 應變也隨之增加, 到了較 外側則變成外側的錫球變形較大, 即在距中心最遠的 錫球所受應變最大, 最易破壞。因此, BGA四個角上 的錫球斷裂情況最嚴重。
熱膨脹系數(CTE)不匹配使焊點承受過大的應 力, 是造成BGA斷裂的主要原因之一。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
ADDAA
DADDA
BD
CDB
CD
DC
DC
D
EA
E
F
F
G
G
H
H
I
I
J
J
无铅焊接的质量和可靠性分析
无铅焊接的质量和可靠性分析无铅焊接是一种替代传统铅焊接的技术，在电子制造业中越来越受欢迎。
它被广泛应用于手机、计算机、汽车电子等领域，并在一定程度上改善了环境和健康安全问题。
本文将对无铅焊接的质量和可靠性进行分析。
首先，无铅焊接的质量主要取决于焊接接头的可靠性。
与传统的铅焊接相比，无铅焊接在焊接接头的物理性能上存在一些差异。
无铅焊料的熔点较高，焊接温度也相应提高，这可能导致焊接接头出现焊缺、毛刺和冷焊等问题。
因此，在无铅焊接的过程中，需要严格控制焊接的温度和时间，确保焊缝的完整性和连接的可靠性。
其次，无铅焊接的质量还与焊接材料的选择和焊接工艺的优化有关。
无铅焊料种类繁多，包括有机铅、无铅合金等。
正确选择合适的焊料是保证焊接质量的关键。
此外，优化的焊接工艺可以提高焊接接头的可靠性。
例如，合理调整焊接参数、采用预热和后热等措施可以减少焊接应力和应变，提高焊接质量。
关于无铅焊接的可靠性，一些研究已经针对其使用寿命和耐久性进行了分析。
无铅焊接与铅焊接相比，无铅焊接的接头强度和耐久性较差。
然而，通过合适的设计和工艺控制，可以提高焊接接头的可靠性。
例如，结构设计上的考虑、扬声器布置等可减少焊接接头的应力集中，增强接头的耐久性。
此外，研究者还发现适当增大焊料的量，以及利用辅助材料（如球墨铸铁）等措施可以增加焊接接头的寿命。
综上所述，无铅焊接的质量和可靠性与焊接接头的设计、焊接材料的选择和焊接工艺的优化密切相关。
通过合理控制焊接参数，采取适当的焊接工艺和辅助措施，可以有效提高无铅焊接的质量和可靠性。
然而，仍需要进一步研究和改进，以推动无铅焊接技术的发展和应用。
接着上文所述，下面将继续探讨无铅焊接的质量和可靠性的相关内容。
除了焊接接头的可靠性外，无铅焊接的质量还与焊接过程中产生的焊接缺陷有关。
无铅焊接常见的缺陷包括焊接裂纹、焊接虹吸缺陷和焊接气孔等。
这些缺陷可能导致焊接接头的破裂或失效，降低焊接质量和可靠性。
因此，在无铅焊接过程中，及时检测和修复焊接缺陷是保证焊接质量的重要步骤。
无铅焊及焊接点的可靠性实验
无铅焊及焊接点的可靠性实验（1、株式会社力世科，东京都日野市日野本町1－15－17街191－0011；2、上海市虹桥路2328弄2号楼504室，200336）摘要：随着电子装置的小型化的发展，欧盟（EU.）的WEEE和RoHS提出禁止使用Sn－Pb焊锡。
这将导致一系列的工业革新，如部件体积和重量的减少，各种各样无铅产品的出现，改变现有的焊接生产线等。
参照国际标准（IEC，ISO）和日本国家标准（JIS），并根据这些标准做了一系列的试验，通过试验对无铅焊润湿性、强度、耐久性等可靠性的评价方法进行说明。
关键词：无铅焊，润湿性，接触角，耐久性中图分类号：T605 文献标识码：A 文章标码：1004－4507（2005）12－0051－05手机、数字照相机、笔记本电脑等产品的小型化、轻量化发展的同时，欧盟出台了关于废弃电气电子仪器（WEEE：Waste El ectrical and Electronic Equipment）法案及特定有害物质的使用限制（RoHS：Restriction of the use of certain Hazardous Substances）之规定。
即，2006年7月1日之后，对在电子仪器及封装业中，广泛使用的，不可缺的Sn－Pb系列焊锡将全面禁止。
为此，在电子产业界，对封装部件的小型化，无铅焊锡的开发，生产线的变更等等技术改造和变革将迫在眉睫。
本文将依据国际标准IEC、ISO、JIS，通过实际测量结果，对无铅焊的润湿性、强度、耐久性等可靠性的评价方法进行说明。
1 各种标准（无铅焊相关的）对Sn－Pb系列焊锡，我们有各种各样的标准。
无铅焊从定义、种类、组成等也有其对应的IEC、ISO、JIS等国际标准，并正在进一步完善。
如各标准对无铅的定义（铅的含量）、种类的一致性也还在进行调整，在日本国内使用的JIS标准，于2004年3月与IEC标准也进行了一致性的调整（例焊锡试验方法（平衡法）JIS C 0053→JIS C 60068－2－54）。
无铅焊点检验规范
无铅焊点检验规范无铅焊点是现代电子产品中常见的组装方式之一，确保焊接质量对于产品的正常运行至关重要。
为了保证无铅焊点的质量，需要遵守一些检验规范。
下面是一些常见的无铅焊点检验规范：1.焊接温度和时间检验：无铅焊点的焊接温度和时间直接影响焊点质量。
检验时，应根据焊接材料的要求和工艺标准，使用合适的焊接温度和时间参数进行检验。
焊接温度和时间过高会导致焊接点的烧损和氧化，从而影响产品的可靠性。
2.焊接外观检验：焊点的外观可以通过视觉检查进行评估。
焊接后的焊点应呈现出光滑、均匀、一致的外观，无明显的裂缝、气泡和杂质等缺陷。
焊点与焊盘之间应紧密贴合，没有明显的间隙或未焊接到位的现象。
3.焊点强度检验：焊点的强度是评估焊接质量的重要指标之一。
可以通过拉力测试或剪切测试来评估焊点的强度。
拉力测试是将焊点施加拉力，评估焊点是否能够承受预定的拉力。
剪切测试是将焊点施加剪切力，评估焊点是否能够承受预定的剪切力。
焊点的强度应符合设定的标准要求。
4.引脚连接性测试：无铅焊点的连接性也是一个重要的检验指标。
可以通过外部测试仪器来检测焊点与焊盘之间的电气连接性。
测试仪器将通过电流或电压信号检测焊点的连接质量，以确保焊点与焊盘之间的电气信号能够正常传导。
5.尺寸和位置检验：焊点的尺寸和位置也需要进行检验。
可以使用量具或显微镜来测量焊点的尺寸和位置，确保焊点符合设计要求和规范要求。
综上所述，无铅焊点的检验规范包括焊接温度和时间检验、焊接外观检验、焊点强度检验、引脚连接性测试以及尺寸和位置检验等。
通过遵守这些检验规范，能够确保无铅焊点的质量和可靠性，提高产品的使用寿命和性能。
无铅焊点的质量是电子产品的重要保障，因此需要严格遵守相关的检验规范以确保焊点的质量和可靠性。
下面将继续介绍相关的内容：6.焊点表面光洁度检验：焊点的表面光洁度对焊接质量有着重要影响，因为高光洁度的焊点可以提供更好的连接性和稳定性。
检验时，可以使用显微镜或光学仪器来评估焊点表面的光洁度。
无铅焊点可靠性评价技术
14
通常引用的Testing Specifications
-40~125oC, one hour per cycle
升／降温速率(1...10K/min)的温度循环 Dwell Time停留时间 t1=15...30 min.
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主要内容
v v v v
可靠性绪论 焊点可靠性评价的内容 可靠性评价案例分析 可靠性检测方法介绍
2
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1.外观及表面检查 2.金相切片分析 3. 焊点强度测试 4.染色试验
A-3
Vibration Test （振动试验 ）
无铅PCBA（3） 有铅PCBA（3）
A-4
通过可靠性试验后
无铅PCBA与 有铅PCBA
4.PCBA 功能测试
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1.3 焊点可靠性的主要研究内容
n
n
n
可靠性设计DFR： 依据IPC-D-279等类似的DFR规 范，输入焊点寿命、失效率等要求和产品使用温度变化 范围（△T）等，结合基础数据库，进行电气的、机械 的、热学的等模型来推算焊点和组装寿命，再与产品的 可靠性要求比较，通过重新设计或修改来保证设计的可 靠。 可靠性测试和寿命数据分析Reliability Test and Data Analysis：可靠性设计的水平，需要选取一定数量的样 品，在能够模拟或者可加速的环境下进行可靠性测试， 获得样品的失效分布情况。通过对失效分布的分析，就 可得到产品或焊点的可靠性数据。 失效分析Failure Analysis： 对可靠性测试中出现的失 效进行分析，找出失效的root cause，以便于开展下一 个DFR、RT循环。
无铅焊接及可靠性
导读：1、无铅焊的背景与现况；2、焊点可靠性测试的各种标准及比较；3、测试设备与试验样品的准备；4、焊点失效分析；5、无铅焊点材料及与焊盘形成的IMC 介绍；6、如何从器件级焊点强度测试评估板级跌落试验的表现；7、无铅焊接对于PCB焊盘的冲击。
...《无铅焊接及可靠性培训》内容纲要(森涛培训)6.热老化对IMC生长的影响7.IMC组成/厚度对电子元器件机械可靠性的影响8.IMC在冲击试验中的断裂机理五、无铅焊接对于PCB焊盘坑裂的影响1.焊盘失效的定义及相关问题2.IPC-9708介绍（焊盘坑裂测试方法标准）3.焊盘坑裂测试方法的比较4.焊盘坑裂的失效模式5.焊盘设计对焊盘坑裂失效的影响6.PCB材料对焊盘坑裂失效的影响7.热冲击对焊盘坑裂失效的影响六、底部填充胶/边缘保护胶（Underfill/Edgebonding Epoxy）对板级可靠性的影响1.材料特性测试2.底部填充胶/边缘保护胶与基材的界面强度3.底部填充胶/边缘保护胶对于器件热性能的影响4.底部填充胶/边缘保护胶对于器件机械性能的影响5.各种边缘保护胶的比较6.边缘保护胶的选取方法● 讲师介绍：宋复斌, 博士, 于2002年和2007年在北京航空航天大学（BUAA）和香港科技大学（HKUST）分别获得材料学硕士及机械工程博士学位。
2002-2004年之间，他任职于摩托罗拉半导体事业部（现为飞思卡尔半导体）从事电子产品封装方面的开发及研制。
2004-2012年之间，宋复斌博士在香港科技大学先进微系统封装中心电子封装实验室任职为资深/总工程师和香港科大深圳电子材料与封装实验室的资深研究员。
他的研究领域覆盖了封装材料的开发测试、电子器件的可靠性研究和失效分析等。
目前主要负责先进制造工程和质量改善解决方案等工作。
宋博士是美国国际电机电子工程师学会（IEEE）, 表面组装技术协会(SMTA) 和美国机械工程师学会（ASME）会员，以及美国质量学会(ASQ)的资深会员。
无铅制程试验条件
无铅制程试验条件■锡铅焊点可靠性测试方法:对电子组装品进行热负荷试验（温度冲击或温度循环试验）；按照疲劳寿命试验条件进行对电子器件结合部进行机械应力测试；在无铅制程焊点可靠性测试中，比较重要的是针对焊点与连接元器件热膨胀系数不同进行的温度相关疲劳测试。
包括等温机械疲劳测试，热疲劳测试及耐腐蚀测试等。
其中根据测试结果等温机械疲劳测试可以确认相同温度下不同无铅材料的抗机械应力能力不同，同时还表明不同无铅材料显示出不同的失效机理，失效形态各有不一。
热疲劳测试是用于考察由于热应力所引起的低循环疲劳对焊点连接可靠性的影响。
▲TOP------------------------------------------------------------------------------------------------------------■目前常用的可靠度试验设备(接合可靠度评估)为：高温烤箱热冲击试验[三箱气体式]&[两箱移动式液体]恒温恒湿机低阻量测系统离子迁移量测系统复合式试验机(温湿度+振动)蒸汽老化试验金相切片试验振动测试 IC零件脚的拉力试验弯曲测试电阻电容的推力试验落下测试▲TOP------------------------------------------------------------------------------------------------------------■无铅制程接合可靠度(信赖性)评估的试验规范：EIAJ(JEITA)ET-7407EIAJ(JEITA)ET-7401IPC-SM-785IPC-9701IPC-TM650------------------------------------------------------------------------------------------------------------■无铅制程接合可靠度的试验条件：■无铅制程接合可靠度的试验条件：烤箱:在高温放置对于强度之影响均倾强度渐渐降低之方向。
SGS无铅焊接
2
元器件可靠性--Why to test?
元器件无铅化，将要求进行：
• 元器件端子镀层为无铅 • 元器件封装耐高温 • RoHS禁用物质的替代 • …………………..
元器件无铅化，将要求满足：
• RoHS指令的化学物质符合性 • 焊接加工能力 • 批量稳定性 • 长期的可靠性
硫化老化
(H2S+NO2, 30°C, 70%RH)
15
可焊性:测试步骤
润湿力测试
16
可焊性:测试步骤
数据分析
17
耐热性: 工艺变化
无铅焊接工艺温度高，峰值温度达260℃。 常见封装耐热能力为240℃,FR4级别的PCB玻璃化温度约140℃。 易发生分层、变形及爆米花效应。
空隙率
• GB5935-86 腐蚀法，国内常用。 • GB12305.3-90 电图象法。 • 浸渍法、涂膏法等。
可焊性
• IPC-TM-650 • J-STD-X • IEC60068
接触电阻
• 电桥法 • 伏安法
10
可焊性: 润湿模型
热力学⊿F＝⊿U－T⊿S 液态金属在固体表面的铺展 液态金属对固体表面的浸润 液－固相之间金属的扩散 Young公式FSV=FSL+FLVcosθ Fick定律
20
Solder Heat Resistance- Dip Soldering 耐热性-测试方法-锡炉法
21
耐潮性: 潮湿机理
22
耐潮性: 失效案例
1、器件为144引脚QFP 2、经受热条件
260℃@level2a 3、从引线框架处产生裂纹
1、器件为2层PBGA 2、经受热条件
无铅焊点在器件级与板级的可靠性：测试,分析,和面向可靠性设计
无铅焊点在器件级与板级的可靠性：测试，分析，和面向可靠性设计李世玮博士培训目标与内容无铅焊目前是电子制造业中主要的焦点之一，从有铅焊转变到无铅焊并不仅仅是单纯的材料代换而已，它还带来了许多可靠性方面的困扰。
本课程将介绍当前最关紧要的无铅焊点认证与可靠性的议题，培训重点将放在器件级与板级的测试方法与失效分析。
同时也将介绍有限元仿真与焊点面向可靠性设计相关的观念和知识。
本课程的教材是以讲师所著的三本书“Chip Scale Packages”，“Microvias for Low-Cost High-Density Interconnects”，和“Electronics Manufacturing with Lead-Free, Halogen-Free, and Conductive Adhesive Materials”的内容为主轴，并加上他近期的研究成果以及与业界互动的心得。
所有参加本课程的人士都将会收到一份详尽的讲义。
具体内容包括：(1)无铅焊的概观与现况检讨(2)试验数据的处理与统计分析(3)认证测试与可靠性测试(4)器件级焊点测试(5)板级焊点测试(6)高速推球与拉球测试和板级跌落试验的相关性(7)机板与PC板应变量测(8)有限元仿真与分析(9)焊点面向可靠性设计的观念与作法(10)回顾与总结适合培训人员本课程主要是为表面贴装，品质管制，可靠性测试与失效分析等相关行业里的研究员，工程师，技术经理所设计。
课程特色在本培训课程中，将会着重于让学员瞭解下列相关知识：•认证测试与可靠性测试的不同•如何正确处理测试数据和进行统计分析•各种器件级与板级焊点可靠性的测试方法•热老化与多次回流对焊点的影响•如何从器件级焊点强度测试评估板级跌落试验的表现•机板与PC板应变量测•瞭解仿真分析的角色•焊点面向可靠性设计的观念讲师简介李世玮博士于1992年在美国普度大学（Purdue University）获得航天工程博士学位，留原校一年作博士后研究后，于1993年加入香港科技大学，目前他是该校机械工程系副教授，同时兼任该校电子封装研究中心主任。
无铅焊接的质量和可靠性分析
无铅焊接的质量和可靠性分析前言：传统的铅使用在焊料中带来很多的好处，良好的可靠性就是其中重要的一项。
例如在常用来评估焊点可靠性的抗拉强度，抗横切强度，以及疲劳寿命等特性，铅的使用都有很好的表现。
在我们准备抛弃铅后，新的选择是否能够具备相同的可靠性，自然也是业界关心的主要课题。
一般来说，目前大多数的报告和宣传，都认为无铅的多数替代品，都有和含铅焊点具备同等或更好的可靠性。
不过我们也同样可以看到一些研究报告中，得到的是相反的结果。
尤其是在不同PCB焊盘镀层方面的研究更是如此。
对与那些亲自做试验的用户，我想他们自然相信自己看到的结果。
但对与那些无能力资源投入试验的大多数用户，又该如何做出选择呢？我们是选择相信供应商，相信研究所，还是相信一些形象领先的企业？我们这回就来看看无铅技术在质量方面的状况。
什么是良好的可靠性？当我们谈论可靠性时，必须要有以下的元素才算完整。
1．使用环境条件（温度、湿度、室内、室外等）；2．使用方式（例如长时间通电，或频繁开关通电，每天通电次数等等特性）；3．寿命期限（例如寿命期5年）；4．寿命期限内的故障率（例如5年的累积故障率为5%）。
而决定产品寿命的，也有好几方面的因素。
包括：1． DFR（可靠性设计，和DFM息息相关）；2．加工和返修能力；3．原料和产品的库存、包装等处理；4．正确的使用（环境和方式）。
了解以上各项，有助于我们更清楚的研究和分析焊点的可靠性。
也有助于我们判断其他人的研究结果是否适合于我们采用。
由于以上提到的许多项，例如寿命期限、DFR、加工和返修能力等等，他人和我的企业情况都不同，所以他人所谓的‘可靠’或‘不可靠’未必适用于我。
而他人所做的可靠性试验，其考虑条件和相应的试验过程，也未必完全符合我。
这是在参考其他研究报告时用户所必须注意的。
您的无铅焊接可靠性好吗？因此，在给自己的无铅可靠性水平下定义前，您必须先对以下的问题有明确的答案。
§您企业的质量责任有多大？§您有明确的质量定义吗？§您企业自己投入的可靠性研究，以及其过程结果的科学性、可信度有多高？§您是否选择和管理好您的供应商？§您是否掌握和管理好DFM/DFR工作？§您是否掌握好您的无铅工艺？只有当您对以上各项都有足够的掌握后，您才能够评估自己的无铅可靠性水平。
PCBA无铅焊点可靠性测试项目
Sony Technical Standard SS-00245-8(10)：-35oC for 30min to 125oC for 30min，500 cycles
备注
1、A类检测项目是在进行B类可靠性试验前后各进行一次，以评价焊点可靠性水平。
2、测试样品数量视检测项目多少而定。
B
可靠性项目
表1 PCBA无铅焊点可靠性测试项目
项目
依据标准
测试位置/元器件
测试所需样品数量
价格
A
检测类
项目
外观检察
IPC-A-610D
焊点全检
X-ray检察
IPC-A-610D
每块板4个代表性器件
金相切片分析
每块板4个代表性器件
强度（抗拉、剪切）
JISZ 3198
每块板4个代表性器件，最好有同类有铅产品做结果比对
高温高湿
条件1：
65℃.90％RH
300 cycles（for Mouse/Keyboard）
条件2：
60℃.90％RH
300 cycles（for BBN）
推荐条件3：
85℃.85％RH.
300 cycles (for Xbox)
(MIL-STD 202G Method204D Test condition A)：峰值10g，频率10～500HZ，方向：X、Y、Z三方向，时间：每方向振动12次，每次15分钟，共9h。
锡须生长评价
高温高湿
Sony Technical Standard SS-00245-8(10)：85oC , 85% RH for 500 hrs
（Microsoft Lead FreeProduct Requirements For PC-Hardware and Xbox）
无铅焊接及焊接点的可靠性试验
１ 种标 准 （ 铅焊 相关 的 ） 各 无
２２评 价方 法一 ．
对Ｓ —Ｐ 系 列焊锡 ，我 们有 各种 各样 的标 准 。无铅 试 件 从 焊 锡 上 方 任 意位 置 浸 入 焊 锡 时 ，将 会得 到 像 图 ｎ ｂ 所 焊从 定 义 、种类 、组 成等 也 有其 对 应ｌ ｌ 、ＩＯ Ｉ ￣ Ｅ Ｓ 、Ｊ 等 ２ 示 的 润湿 性 曲线 。试 件 从 液面 浸 入 、将 会受 到方 向 ＇ Ｃ ｇ Ｓ 国 际标 准 ，并正在 进一 步 完善 。如各 标准 对无 铅的 定 义 向 上 的 浮 力 （ｅ ＞９ 。 ）作 用 ，进 一 步 润 湿 （ｅ ＜ ０ （ 的含量 ）、种类的 一致 性也 还在 进行 调整 ，在 日本 ９ 。 ） ，试 件 周 围 形 成 双 曲线 凹面 。相 对 于 润 湿的 速 铅 Ｏ
国 内使 用 的Ｊ 标 准 ，于２ ０ 年３ Ｉ ｓ ０ ４ 月与 Ｉ 标准 也 进行 了一 度 而言 ，评 价方法 就是 ：测 定试件 与液面 接触 开始 ，到 Ｅ Ｃ
致 性的 调 整 （ 焊 锡 试 验 方法 （ 衡 法 ）Ｊ ０ ３ 例 平 Ｉ Ｃｏ ５ 一 Ｓ
Ｊ Ｃ６ ０ ８ —５ ）。 Ｉ ０ ６ —２ ４ Ｓ
开发 ，生产 线的 变更等 等技 术改 造和 变革 将迫在 眉睫 。 本 文 将 依 据 国 际标 准 Ｉ 、 Ｉ Ｅ Ｓ Ｃ Ｏ、Ｊ ，通 过 实 际 测 量 结 Ｉ Ｓ
性 指标 进行 评价 。
Ｆ （ｙＣ Ｓ —ｖｐ ＝ Ｏ Ｌ Ｇ）１ ｅ ０—２ （ ） ｙ ：表 面张 力 １ 果 ，对无铅 焊 的润湿 性 、强度 、耐久 性等 可靠 性的 评 价 Ｖ ：浸入 体 积 ｅ：接触 角 ｐ：密 度 Ｌ ：周 围长 度 Ｇ：重 方法 进行说 明 。 力加速度
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无铅焊点可靠性测试方法
随着电子信息产业的日新月异，微细间距器件发展起来，组装密度越来越高，诞生了新型SMT、MCM技术，微电子器件中的焊点也越来越小，而其所承载的力学、电学和热力学负荷却越来越重，对可靠性要求日益提高。
电子封装中广泛采用的SMT封装技术及新型的芯片尺寸封装（CSP）、焊球阵列（BGA）等封装技术均要求通过焊点直接实现异材间电气及刚性机械连接（主要承受剪切应变），它的质量与可靠性决定了电子产品的质量。
一个焊点的失效就有可能造成器件整体的失效，因此如何保证焊点的质量是一个重要问题。
传统铅锡焊料含铅，而铅及铅化合物属剧毒物质，长期使用含铅焊料会给人类健康和生活环境带来严重危害。
目前电子行业对无铅软钎焊的需求越来越迫切，已经对整个行业形成巨大冲击。
无铅焊料已经开始逐步取代有铅焊料，但无铅化技术由于焊料的差异和焊接工艺参数的调整，必不可少地会给焊点可靠性带来新的问题。
因此，无铅焊点的可靠性也越来越受到重视。
本文叙述焊点的失效模式以及影响无铅焊点可靠性的因素，同时对无铅焊点可靠性测试方法等方面做了介绍。
焊点的失效模式
焊点的可靠性实验工作，包括可靠性实验及分析，其目的一方面是评价、鉴定集成电路器件的可靠性水平，为整机可靠性设计提供参数；另一方面，就是要提高焊点的可靠性。
这就要求对失效产品作必要的分析，找出失效模式，分析失效原因，其目的是为了纠正和改进设计工艺、结构参数、焊接工艺等，焊点失效模式对于循环寿命的预测非常重要，是建立其数学模型的基础。
下面介绍3种失效模式。
1、焊接工艺引起的焊点失效
焊接工艺中的一些不利因素及随后进行的不适当的清洗工艺可能会导致焊点失效。
SMT 焊点可靠性问题主要来自于生产组装过程和服役过程。
在生产组装过程中，由于焊前准备、。