无铅焊接和可靠性测试

培训教材培训题目：无铅焊接和可靠性测试报告人：Michael无铅焊接和可靠性测试概述目录•第一章无铅焊接技术•1、无铅焊接的动力•2、无铅材料的种类•3、无铅材料的认证•4、无铅元器件的认证•5、无铅焊接技术的特点•6、无铅焊接目前的主要问题•第二章可靠性测试•1、可靠性的基本概念•2、可靠性测试的基本内容•3、可靠性测试结果评估主要方法•4、无铅可靠性测试的主要内容•5、通标公司可靠性测试能力1.1无铅焊接的动力•人类社会追求发展的可持续性。•环境保护和职业安全法规的陆续实施。•铅是对环境和人体有重大危害的物质。•某些领域，铅是可以被替代的。•那么，我们为什么还要继续使用这样的有害材料呢？1.2.1无铅材料的种类•锡－银－铜三元合金等温相图从左图看到1、锡－银－铜存在三元共晶（eutectic）。2、共晶范围Ag3.0~4.0%Cu0.5~0.7%3、共晶温度≤218℃1.2.2无铅材料的种类•NEMI、NCMS、ITRI组织推荐•NEMISn3.9Ag0.6Cu•RAMSn3.8Ag0.7Cu•JEIDASn3.0Ag0.5CuSn3~4Ag0.5~0.7Cu熔点~217℃1.2.3其他无铅材料•无铅材料种类众多，有SnAg,SnAgCu,SnCu,SnBi,SnAgBi,SnAgBiCu,SnAgBiCuGe等多种合金系统。•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01020304050MatsushitaIBMMitsuiM&SHitachiAT&TIndiumSenjuNihonAlphaMitasubishi1.3.1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？1.3.2无铅材料的认证•企业进行无铅材料切换时，除各种强制性标准必须满足外，还应考虑下列因素：1、润湿能力wettingability2、液相温度meltingpoint3、机械性能mechanicalproperty4、电气性能electricalproperty5、可靠性reliability6、成本cost1.3.3无铅材料的认证一些研究组织对Sn3.5Ag、Sn3.5Ag0.7Cu、Sn3.8Ag0.7Cu、Sn0.7Cu、Sn37Pb进行了大量的对比试验分析，得出结论：电气性能方面：三种典型无铅钎料的电导率和电阻率，在电气互连方面均优于共晶的SnPb；机械性能方面：三种典型无铅钎料的抗拉强度、剪切强度、焊点强度、蠕变强度，在机械互连方面均优于共晶的SnPb，SnCu在剪切强度方面例外；润湿性能方面：三种典型无铅钎料的润湿转换时间，在可焊性方面基本和共晶的SnPb相当，SnCu例外；材料成本方面：综合成本增加不超过3元/公斤。1.3.4无铅材料的认证•经过多年研究发展，关于无铅材料评估认证的数据库database初步建立，下列网站均有大量资料可供下载参考，包括一些可靠性研究资料。••••无铅元器件的认证•元器件的无铅化是整个工业制造无铅化的重要环节。同无铅材料的评估认证相同，无铅元器件的评估也是参照原有的标准体系进行，适当修改或增加一些无铅工艺特有的要求。•元器件无铅化的评估认证，目前标准版本更新较为及时的主要有IPC/JEDEC/EIA/JIS等，对企业无铅切换有较大参考价值。•那么无铅元器件认证究竟有什么不同呢？1.4.2无铅元器件的认证•无铅元器件认证的主要内容•1、无铅的认证必须保证铅的重量在同类物质中小于1000PPM，对元器件电极、镀层等需要有明确的要求和规定。•2、包装和储存由于无铅制造工艺的特点，对潮湿、可焊性方面有更高的要求。而且包装上无铅标记也是认证的重要内容。•3、可靠性认证这个将在后面专门讲述。1.5.1无铅焊接工艺的特点•1、无铅焊接不是新出现的革命性技术。•2、无铅焊接工艺流程和传统焊接兼容。•3、无铅焊接工艺参数和传统焊接兼容。•4、无铅焊接工艺参数的设置较高。•5、leadfree+VOCfree是正确方向。•6、回流设备加热能力需求更高。•7、波峰焊接设备需要解决高温金属间腐蚀的问题。•8、桥连、虚焊等工艺缺陷和龟裂、内缩等外观缺陷较多。1.5.2无铅焊接工艺的特点•常用无铅焊接工艺参数设置范围1.6无铅焊接目前的主要问题•1、工艺缺陷较多。•2、焊点外观欠缺。•3、高密度封装电路和高密度电路板问题多。•4、可靠性公共技术资料较少。•本页为专门留置的空白页面，下面进行可靠性测试方面的内容介绍。2.1可靠性的基本概念•按照《GJB-4511990可靠性可维修性术语》的定义，可靠性的定义为“产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。”可靠性的概率度量亦称为可靠度。规定条件下和规定时间内是“与”的关系，产品超出两者任一范畴的失效，都不能称为可靠性问题。在产业界，只要与时间或者条件有关的能力履行，习惯上都归纳为可靠性问题。2.1.1可靠性的基本概念•可靠性主要有下面一些指标：1、可靠度它是产品在规定条件和规定时间内完成规定功能的概率。2、可靠寿命设产品的可靠度为R(t)，使可靠度等于规定值r时的时间tr的，即被定义为可靠寿命。3、失效率也叫故障率，是指产品工作到时间t之后，在单位时间△t内发生失效的概率。4、平均无故障时间是指相邻两次故障之间的平均工作时间，也称为平均故障间隔。2.2可靠性测试的基本内容•高温测试•低温测试•高低温交变测试•高温高湿测试•机械振动测试•汽车运输测试•机械冲击测试•开关电测试•电源拉偏测试•冷启动测试•盐雾测试•淋雨测试•沙尘测试以上为常用的13种环境测试•传导发射测试•辐射发射测试•静电抗扰性测试•电快速脉冲串抗扰性测试•浪涌抗扰性测试•射频辐射抗扰性测试•传导抗扰性测试•电源跌落抗扰性测试•工频磁场抗扰性测试•电力线接触测试•电力线感应测试以上为常见的11种电磁兼容测试2.2.2可靠性测试常用设备2.2.2可靠性测试常用标准•GJB150军用电子设备环境试验方法•YDT282通信设备环境试验方法•GB2423电工电子产品基本环境试验规程•IEC-68-2电工电子产品环境试验方法•MIL-STD-810美国军用设备环境试验方法可靠性测试有很多标准，但以这几种最为代表性和权威性。2.3可靠性测试结果常用评估方法•产品寿命周期内的失效率曲线通常称为浴缸曲线如左图。•失效率和可靠性成某种倒数关系，将某产品的失效率曲线逆转，就是可靠性分布曲线。•常用的可靠性分布曲线有三种。2.3.1三种可靠性分布2.3.3weibull分布图标解读2.3.4其他评估方法•上面介绍的统计法评估，在大型复杂系统的可靠性测试中很常用，用来对产品具体的可靠性设计指标进行验证。•通常工业界产品设计没有明确的可靠性设计指标。其做可靠性测试的目的，主要是验证产品能否满足相关标准或规定的测试，一般只要求回答“通过”或“不通过”即可，而不需要进行试验数据的统计分析。这种简单的评估方法一般称为“功能法”。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。2.4.3无铅可靠性常见测试项目•3、锡须生长试验主要验证引脚或者焊点锡须生长的程度。典型锡须图片2.4.4无铅可靠性常见测试项目•4、热循环/热冲击试验这种试验主要应用在电路板级，用来验证电路板或者焊点的抗热疲劳性能。需要注意热循环和热冲击是不同的试验方法，其对潜在失效的激发机理不同。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。2.4.7无铅可靠性常见测试项目•7、其他试验高加速寿命测试（HALT）是近年在国内开展的热点可靠性测试技术，可以有效激发潜在故障模式、缩短试验时间和减少测试费用。但目前应用较少，主要在理论研究深度和经验数据库建设方面存在困难。可靠性试验的方法很多，很多公司都有自己的独特方法。谢谢大家！结束