李旭珍，任 康，刘丙金（.杨凌职业技术学院，陕西杨凌，700；.西安航空计算技术研究所，陕西西安，70065）



表面贴装焊接工艺验证方法研究

李旭珍1，任 康2，刘丙金2
（1.杨凌职业技术学院，陕西杨凌，712100；2.西安航空计算技术研究所，陕西西安，710065）

摘要：针对表面贴装焊接工艺，阐述了一种相对完善的工艺验证流程。包括验证件的选择、外观检测、温度循环试验、振动试验、金相分析，以及验证合格的标准依据。为表面贴装焊接工艺验证方法提供了参考依据。

关键词：表面贴装；工艺验证；温度循环

随着电子封装技术的发展，表面贴装元器件种类越来越多，器件的封装尺寸也向两极发展，而对于新型器件的应用需要进行工艺验证试验，同时新的焊接工艺技术也需要有验证试验项目的支撑。

针对表面贴焊接工艺验证，目前存在多个标准，而标准在适用性、具体内容等方面相互之间存在差别，因此寻求一套完善的表面贴装焊接工艺验证方法成为目前迫切需要解决的问题。

1 可靠性试验方法介绍

工艺验证试验是可靠性试验中的一种，目前常用的可靠性试验方法包括：温度循环试验、振动试验、跌落试验、高低温存储试验、湿热试验、霉菌盐雾试验、电迁移试验等等。由于导致焊点失效的主要失效模式是温度循环导致的疲劳，所以常常使用温度循环作为加速应力，下面将重点介绍温度循试验方法。

2 温度循环试验方法

温度循环试验作为评估焊点可靠性的主要方法，在验证方案设定时需考虑验证样件的数量、温度条件的选择、过程检测方法、合格判据等方面。

2.1 验证样件的数量。为了保证验证试验的准确性，需考虑验证样件的数量。一般来说，每一种类型和尺寸的元器件应不少于3个，若需评估样件的平均疲劳寿命，需加大验证样件的数量，根据IPC-9701A的要求，样本量需要达到33个。

2.2 温度条件的选择。IPC-9701A制定了详细的测试方法来评估电子组件表面贴装焊接连接的性能和可靠性，其温度循环（TC）的测试条件分为TC1：0℃～+100℃（首选参考）、TC2：-25℃～+100℃、TC3：-40℃～+125℃、TC4：-55℃～+125℃、TC5：-55℃～+100℃五种，热循环次数（NTC）要求为：200次、500次、1000次（对TC2、TC3和TC4首选）、3000次、6000次（对TC1首选）。

对于温度循环（TC）条件及热循环次数（NTC），由用户根据产品特定的运行环境条件确定。首选参考的测试条件应该为：温度循环TC1（0℃～100℃），测试时间NTC-E（6000次循环），以便测试结果能被业界接受。工艺验证的条件选择和具体实施上有以下注意事项：

1）温度循环试验的高低温至少需要包含电子产品使用的工作环境温度范围；

2）如果仅作为新器件、新工艺准入原则，在温度循环条件上需考虑保守一些；

3）温度变化速率选择上尽量靠近实际工作的环境温度变化速率，但在验证试验过程中为了提高试验效率，往往提高试验的温度变化速率，但每分钟不应超过20℃，否则焊点的失效机理将发生改变。

2.3 过程检测方法。在工艺验证试验过程中，建议采用菊花链的电气监测方式对试验样件进行监测。以便于了解焊点失效的准确时间。目前常用的监测方式有事件探测器与数据记录器两种。两种监测方式定义的失效为：

1）事件探测器定义的失效：第一次的中断，持续最长1微秒，菊花链阻抗值增加到1000Ω或更大，在距初始失效循环次数的10%内通过另外9个或更多证实失效；

2）数据记录器定义的失效：在最多5个连续检测读数/扫描内最多增加20%的额定阻抗。

将阻抗变化作为失效判据在应用上存在一些缺陷，对于微裂纹引起的阻抗变化并不明显，因此试验后进行金相切片分析是十分必要的。

2.4 合格判据。对于选定的温度循环条件及热循环次数下，不发生两种监测方式定义的失效，则判定为验证通过。对于NTC级循环结束后零失效状况下结束的测试，必须进行失效分析，以确保不遗漏由于菊花链设计失误或测试硬件故障而导致的失效，常见的失效分析方法包括：光学显微镜、扫描电子显微镜（SEM）、X射线、扫描超声显微镜（CSAM）、金相切片以及染色与渗透。

3 工艺验证流程

在工艺验证实施之前，设计完整的验证流程是十分重要的，根据欧洲空间标准合作组织（ECSS）发布的ECSS-Q-ST-70-38C标准，推荐的表面贴装工艺验证流程如图1所示：

图1 验证流程图

需要注意的是：

1）对于温度循环试验和振动试验，在时间顺序上没有强制要求；

2）试验过程中的加电测试是推荐而非必须的，加电测试的目的是为了更准确的知道试验样件具体的失效时间，以便于对样件的实际工作寿命进行评估；

3）温度循环试验及振动试验的具体条件需用户或制造商根据产品的具体使用环境确定。

4 结论

随着电子封装技术的发展，对表面贴装焊接工艺验证的要求也越来越突出。通过本研究，形成了一种相对完善的工艺验证流程，为表面贴装焊接工艺验证方法提供了指导，用户可以根据产品的具体特点选择相应的验证条件进行实施。

参考文献

［1］罗道军主编.电子组装工艺可靠性技术与案例研究［M］.电子工业出版社，2015年9月.

［2］IPC-9701A Performance Test Methods and Qualication Requirements for Surface Mount Solder Attachments. Developed by the SMT Attachment Reliability Test Methods Task Group（6-10d）of the Product and Reliability Committee（6-10）of IPC，2006年2月.

［3］ECSS-Q-ST-70-38C High-reliability soldering for surfacemount and mixed technology. Developed by the European Space Agency for the members of ECSS，2008 年7月.

A Process Vertification Method Research for Surface Mount Technology

Li Xuzhen1，Ren Kang2，Liu Bingjin2
（1.Yangling Vocational & Technical College，yangling，712100 2.Xi’an Aeronautics Computing Technique Research Institute，AVIC，Xi’an，710065）

Abstract：A preferable process vertification method for surface mount technology is suggested in this paper，including the choosing of vertification test boards、surface inspection、temperature cycling test、vibration、microsection and certification standard.At the same time，this process vertification method makes reference to a basis for surface mount technology.

Keywords：surface mount technology；process vertification；temperature cycling