Reliability-Test-Introduction(General)无铅产品可靠性测试

ReliabilityTestforLead-freeProduct无铅产品可靠性测试CrystalYan闫晓婧[e-mail]2„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„元器件无铅化，常见问题：•可焊性•耐热性•锡须•……Whytoevaluatethelead-freeproductreliability--Components无铅产品可靠性验证的必要性—元器件3„企业质量保证体系的要求●产品设计出现变更，需要验证新设计的质量●产品材料出现变更，需要验证新材料的质量●产品工艺出现变更，需要验证新工艺的质量●产品任何有计划的、有目的的变更，均应评估和控制„无铅产品的变化●焊接材料无铅化●元器件无铅化●焊接工艺„无铅产品的风险●元器件可能的热损伤●焊点可能的不良●锡须●其他Whytoevaluatethelead-freeproductreliability—PCBA&Products无铅产品可靠性验证的必要性—单板及成品4EvaluationTestMethods相关评价试验(1)„EnvironmentTest气候类环境试验1.TemperatureandHumidityCycle温湿度循环试验(Component&PCBA)2.High/LowTemperatureStorage高/低温存储试验(Component&PCBA)3.ThermalShock温度冲击试验(Component&PCBA)4.RampTemperature快速温变试验(PCBA)5.SaltSpray盐雾试验(Component)5EvaluationTestMethods相关评价试验(2)„MechanicalTest机械类试验1.Vibration振动试验(PCBA)2.MechanicalShock冲击试验(PCBA)3.Drop自由跌落(PCBA)4.Pull&Shear焊点强度试验(PCBA)5.Bending弯曲试验(PCBA)6EvaluationTestMethods相关评价试验(3)„MechanicalTest元器件相关试验1.SolderabilityTest可焊性试验(Component)2.SolderingHeatResistance耐焊接热试验(Component)3.MoistureSensitive潮湿敏感度试验(Component)4.PlatingThicknessTest镀层厚度试验(Component)5.TinWhisker锡须测试(Component&PCBA)7EvaluationTestMethods相关评价试验(4)„FailureAnalysis失效分析1.CrossSection金相切片分析(PCBA&Component)2.X-RayX射线无损检测(PCBA&Component)3.C-SAM超声扫描(PCBA&Component)4.SEM-EDS扫描电子显微镜(PCBA&Component)5.Dye&Pry焊点拉拔(PCBA)8„适用对象:零部件、PCBA„目的：验证元器件或PCBA的焊点能否承受环境温湿度对其产生的影响而保持功能正常。„包括：高温存储低温存储温湿度循环:(温变速率=1~2℃/min)温度冲击:(温变速率30℃/min)快速温变:(1~2℃/min温变速率30℃/min)……ClimateRelativeTest—Thermal&Humidity气候类相关实验--温湿度类9„适用对象:零部件„目的:验证金属镀层能否在以下的盐雾环境下保持正常，不生锈。„测试标准:IEC60068-2-11;„测试方法:5%的Nacl溶液,350C,连续喷雾.ClimateRelativeTest—SaltSpray气候类相关实验—盐雾10„评级标准:ASTM610-01„评级方法:与标准图片对比.„从0级(锈蚀面积50%)到10级(锈蚀面积=0.01%).ClimateRelativeTest—SaltSpray--Classification气候类相关实验—盐雾—评级方法11„适用对象：PCBA„目的：验证线路板是否能承受外力环境的振动条件而保持功能正常。„测试标准：MIL-STD810FIEC60068-2-57„相关参数：频率、振幅、加速度、振动时间TestSpec.:5~2000Hz(Ref.)MechanicalRelativeTest—Vibration机械类相关实验—振动12„适用对象：PCBA„目的：验证PCBA是否能耐受加速度比正常情况下大的机械冲击力。„TestSpec.:HalfSineWave,100G/6.5ms(Ref.)MechanicalRelativeTest—Shock机械类相关实验—冲击13„考验BGA、CSP等面阵列器件焊点抗弯曲的能力（EIAJ-ET7403、IEC60068-2-21)MechanicalRelativeTest--Bending机械类相关实验—弯折用端头230R的加压棍，以1mm/s速度压向自由支点之间90mm焊接着零件的基板中央，使其翘曲3mm，再缓慢地恢复原状。然后，用放大镜观察或利用电阻变化，检查是否发生裂纹。14标准：JISZ3198MechanicalRelativeTest—Pull&Shear机械类相关实验—焊点强度15„左为美国大气环境„镀层在环境中氧化„镀层在环境中硫化„元器件镀层表面污染将影响可焊性，生产缺陷增多，焊点长期运行可靠性将下降ComponentRelativeTest—SolderabilityTest—EnvironmentalInfluence元器件相关实验—可焊性—环境影响16„适用：所有焊接元器件„目的：验证零件吃锡状况是否可以符合生产工艺制程的要求„方法•目视法：适合插入型THT零件•沾锡天平法：插入型THT及表面贴装SMD零件皆适用„标准J-STD-002BIEC60068-2-54ComponentRelativeTest—SolderabilityTest—TestMethods元器件相关实验—可焊性—测试方法17业界标准:245℃,2～3sec,引脚上是否有95%以上之吃锡面积ComponentRelativeTest—SolderabilityTest—Dip&Look元器件相关实验—可焊性—目视法18ComponentRelativeTest—SolderabilityTest—WettingBalance元器件相关实验—可焊性—润湿平衡法19ComponentRelativeTest—SolderabilityTest—TypicalProfile元器件相关实验—可焊性—典型润湿曲线(1)不润湿润湿速度缓慢弱润湿样品太轻20ComponentRelativeTest—SolderabilityTest—TypicalProfile元器件相关实验—可焊性—典型润湿曲线(2)良好润湿快速润湿润湿不稳定润湿迟缓21„适用：所有焊接零部件„目的：验证零件是否可以耐受制程所产生的高温„方法•回焊炉法：适合表面粘着SMD零件•锡炉法：插入型TMD及表面粘着SMD零件皆适用•手工焊法：插入型TMD及表面粘着SMD零件皆适用，主要模拟手工焊接或返修时，烙铁对元器件的热冲击作用。ComponentRelativeTest—HeatResistanceTest元器件相关实验—耐焊接热实验22ComponentRelativeTest—HeatResistanceTest--Reflow元器件相关实验—耐焊接热实验—回流炉法Temperatureprofileforevaluationofheatresistanceofacomponent(atsolderjoint)23ComponentRelativeTest—HeatResistanceTest--Reflow元器件相关实验—耐焊接热实验—回流炉法Temperatureprofileforevaluationofheatresistanceofacomponent(atcomponent’ssurface)24ComponentRelativeTest—HeatResistanceTest—Dipping元器件相关实验—耐焊接热实验—锡炉法25ComponentRelativeTest—MoistureSensitiveTest—Mechanism元器件相关实验—潮湿敏感实验261、器件为144引脚QFP2、经受热条件260℃@level2a3、从引线框架处产生裂纹1、器件为2层PBGA2、经受热条件260℃@level2a3、从chip处产生裂纹ComponentRelativeTest—MoistureSensitiveTest—FailureCases元器件相关实验—潮湿敏感实验—失效案例27J-STD-020L潮湿敏感等级ComponentRelativeTest—MoistureSensitiveTest—MoistureSensitiveLevel元器件相关实验—潮湿敏感实验—潮敏等级X—在真空包装之前，可以暴露在空气中的时间；Y—去除包装之后，使用之前可以暴露在空气中的时间。如果暴露时间超过潮敏要求，需要在125℃下烘烤24小时才能继续使用。28ComponentRelativeTest—MoistureSensitiveTest—TestingProfile元器件相关实验—潮湿敏感实验—评级测试曲线29J-STD-020要求J-STD-020forleadfreeComponentRelativeTest—MoistureSensitiveTest—TestingProfile元器件相关实验—潮湿敏感实验—测试曲线30ComponentRelativeTest—MoistureSensitiveTest—TestingProfile元器件相关实验—潮湿敏感实验—测试曲线31z昀终检测：1.对零部件进行光学显微镜和声学显微镜观测，以确定内外部是否存在缺陷，必要时做金相分析。2.对零部件进行电性能检测。如果上述两项检测都通过，则可以确定其潮湿灵敏度的级别ComponentRelativeTest—MoistureSensitiveTest—TestingResult元器件相关实验—潮湿敏感实验—测试结果32„测试目的•复合镀层如Ni/Au、Ni/Pd，表面镀层的厚度一般难以达到要求。•表面镀层的厚度影响可焊性防护效果。„参考方法•ASTM-B568-91X射线光谱测量法，昀大测量厚度15um。•GB5929-86金相显微法。•ISO3868-76干涉显微镜法。ComponentRelativeTest—PlatingThickness元器件相关实验—镀层厚度33ComponentRelativeTest—TinWhisker—TypicalShapes元器件相关实验—锡须测试—典型形貌34„什么是锡须锡须是指电子零部件在长期储存、使用过程中，在机械、温度、电应力作用下，其引线或引脚上的铜对表面的镀锡层逐渐扩散后，使锡层上生长出的类似胡须状的东西。它的主要成分是锡。ComponentRelativeTest—TinWhisker--Mechanism元器件相关实验—锡须测试—生长机理35„锡须的生长和影响因素锡须的伸长概率随着环境温湿度、机械应力、电应力的增加而增加，在无铅焊接的过程中尤其需要注意锡须的生长问题。„锡须的危害锡须会在电子产品中增加短路发生的概率；增加表面积，从而增加产品吸附灰尘和腐蚀性气体的可能性，使产品可靠性下降。ComponentRelativeTest—TinWhisker—InfluencingFactors&Harmness元器件相关实验—锡须测试—影响及危害36ComponentRelative