汽相再流焊可靠性鉴定试验总结报告.doc

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1、SMT生产线可靠性工艺鉴定试验总结报告单位 航天科技集团公司第九研究院二00厂 编制 校对 审核 批准 函审 SMT生产线可靠性工艺鉴定试验总结报告1. 情况概述：当前，随着SMT技术大量应用，型号产品特点逐渐向多元化和复杂化发展，为了适应小品种，多批量的生产模式，我厂于去年引进了一条SMT生产线，分别为DEK半自动丝网印刷机，MYDATA自动贴片机和IBL汽相回流炉。DEK248半自动丝网印刷机与前期引进的DEK全自动丝网印刷机相比，具有更高灵活性和自由度。MYDATA自动贴片机在中、小批量的生产上优势尤为明显，具有灵活性强，贴片精度和贴片能力高等特点（有引线间距可达最小可达0.1mm，引脚

2、宽度可达0.05mm，球形引脚最小间距可达0.16mm，焊球直径0.08mm），此外，针对多种规格的散料可定做相应的料带和料盘，适合当前型号任务的物料特点，极大的降低了人为操作带来的风险。丝网印刷工艺和贴片工艺均为成熟工艺方法，早在上世纪90年代中期，我厂就引进了航天系统内的第一条SMT成产线，由半自动丝网印刷机，半自动贴片机和四温区红外回流炉三部分组成，在20世纪初，又引进了一条全自动的SMT生产线，由全自动丝网印刷机，全自动高速贴片机和七温区热风回流炉组成，因此，在丝网印刷和贴装工艺方面，具有丰富的经验，相关工艺方法在十几年的生产实践中已经得到了验证。与上述两台设备相比，IBL汽相回流焊设

3、备的引进，带来了全新的汽相回流工艺技术。汽相回流焊技术诞生于1974，与传统的红外和热风回流焊工艺相比，汽相回流焊工艺在热传递效率，加热均匀性，峰值温度控制和防止二次氧化方面都具有一定的优势，但是，由于早期汽相液氟氯化碳的成本较高，对环境污染严重，一直未得到广泛应用。直到1992年以惰性气体合成的新型汽相液的诞生，汽相回流焊技术得到了进一步的发展，随着2000年ROHS标准的提出，在倡导低碳节能设备的同时，汽相回流焊技术已经越老越多的应用于有着高可靠性焊接质量要求的电子电力行业。随着元器件封装技术的不断发展，高密度，细间距，多I/0的元器件逐渐应用于型号产品中，通常一块印制电路板组装件上，包含

4、多种尺寸封装形式的元器件，从1.6mmX 0.8mm（0603封装）的阻容元器件到35mmX35mm1.27间距BGA封装器件（目前型号产品中常用的尺寸），由于元器件尺寸不同，在焊接过程中，需要的热容量存在差异，此外，随着无铅化的逐步普及，无铅元器件（目前以BGA居多）也越来越多的应用于目前型号产品中，由于焊点的熔化温度较高（普通SAC305无铅BGA熔化温度为217，Sn63Pb37BGA熔化温度为183），在焊接过程中，相较于有铅元器件，无铅元器件需要更高的温度和更大的热容量。因此，在保证大热容量元器件的焊接质量，防止小热容量封装元器件过热损伤情况下，在焊接过程中，具有更高热传导效率，更平

5、稳的升温速率，和可控峰值温度和可控时间的设备可以提供更可靠的焊接质量。汽相回流焊工艺由于加热原理与热风和红外回流焊技术不同，在上述几方面具有明显的优势，同时，由于汽相层密度大于空气，整个焊接过程相当于在无氧环境中进行，有效防止了焊接过程中二次氧化的发生。本次SMT生产线可靠性工艺鉴定试验重点内容为汽相回流焊工艺的可靠性验证。DEK半自动丝网机和MYDATA自动贴片机在已完成设备性能验收的前提下，不再单独对设备进行可靠性鉴定试验。因此，所有试验项目均围绕汽相回流焊工艺制定，具体试验项目试验进度见下表1试验项目进度汽相液沸点稳定性试验已完成设备加热效率试验已完成有铅元器件焊点可靠性试验已完成混装元

6、器件焊点可靠性寿命试验进行中X15型号产品焊点可靠性试验已完成X3X型号产品环境试验进行中X7型号产品环境试验进行中X41型号产品环境试验进行中 表1（注：除前两项试验外，其他试验均由三台设备共同完成）2. 试验方案2.1 试验依据 试验项目的制定和试验结果的判断依据下表3中各项标准标准名称参考内容GJB3243-98 电子元器件表面安装要求试验件焊点外观检验合格标准GJB4907 球栅阵列封装器件组装通用要求BGA焊点X-RAY检验合格标准ECSS-Q-ST-70-38C（高可靠性表面贴装焊接技术）1. 焊接可靠性试验方案制定；2. 焊点内部检验合格标准；ECSS-Q-ST-70-08C（高

7、可靠性电连接的手工焊接）1. 焊接可靠性试验方案制定；2. 焊点内部检验合格标准；IPC9701表面贴焊接接连接的性能测试方法及鉴定要求1. 焊点可靠性试验寿命试验方案制定；2. 焊点可靠性寿命检验和计算标准； 表32.2 试验内容 各试验项目方案依据相关标准和产品环境试验要求制定，具体试验内容见下表4试验项目试验内容汽相液沸点稳定性试验依据厂家提供的汽相液沸点温度，设备每次开机“HEATING UP”结束后，记录汽相层温度，并定期进行检查核对汽相层温度是否与厂家提供温度一致；设备加热效率试验比较不同负载在相同工艺参数下温度曲线的差异，找出影响印温度曲线变化的因素，总结相关规律；有铅元器件焊点

8、可靠性试验1. 根据现有产品特点设计印制板，采购元器件；2. 使用四种不同峰值温度焊接4块试验件，在外观检查合格的基础上进行金相剖切试验，观察焊点内部结构；3. 根据焊点内部结构，确定后续试验件的焊接温度曲线；4. 使用已确定的温度曲线焊接2块试验件；5. 将试验件依据ECSS-Q-ST-70-38C和ECSS-Q-ST-70-08C中相关内容进行振动试验和温度循环试验（两块试验件振动试验要求一致，温度循环试验分别为100次和200次）后进行金相剖切试验，观察焊点内部结构，如果焊点内部裂纹小于25%，证明焊点可靠性可以满足当前产品要求。混装元器件焊点可靠性寿命试验1. 根据IPC9701中试验

9、件要求设计印制板，采购菊花链元器件；2. 使用三种不同峰值温度焊接3块试验件，在外观检查合格的基础上进行金相剖切试验，观察焊点内部结构；3. 根据焊点内部结构，确定后续试验件的焊接温度曲线；4. 根据IPC9701用于计算可靠性寿命的试验件数量，使用已确定的温度曲线焊接40块试验件；5. 根据IPC9701中寿命试验内容，将试验件中的32块进行温度循环试验，试验过程中对菊花链元器件进行不间断的监控，同时，热循环次数大于1000次，目的是计算平均失效寿命（50）和累积失效百分比。通过对试验件平均失效寿命，无失效寿命，累积失效百分比三项数据的比较，分析混合焊接工艺的可靠性，从而得出采用混装工艺方法

10、产品的可靠性寿命。X15型号产品焊点可靠性试验1. 使用X15型号产品的印制板和其中两种BGA（1.27间距为无铅，0.8间距为有铅）2. 选用同类型封装元器件，模拟温度曲线，根据前期试验结果，确定焊接温度曲线；3. 使用已确定的温度曲线焊接一块试验件；4. 将试验件依据设计要求进行100次温度循环试验后进行金相剖切试验，观察焊点内部结构，如果焊点内部裂纹小于25%，证明焊点可靠性可以满足当前产品要求。X3X型号产品环境试验1. 使用X3X型号产品的印制板和元器件2. 选用同类型封装元器件，模拟温度曲线，根据前期试验结果，确定焊接温度曲线；3. 使用已确定的温度曲线焊接产品；4. 对本批次产品

11、进行相关的环境试验；X7型号产品环境试验1. 使用X7型号产品的印制板和元器件2. 选用同类型封装元器件，模拟温度曲线，根据前期试验结果，确定焊接温度曲线；3. 使用已确定的温度曲线焊接本批次产品；4. 对本批次产品进行相关的环境试验；X41型号产品环境1. 使用X41型号产品的印制板和元器件2. 选用同类型封装元器件，模拟温度曲线，根据前期试验结果，确定焊接温度曲线；3. 使用已确定的温度曲线焊接本批次产品；4. 对本批次产品进行相关的环境试验； 表42.3 试验设备设备名称厂家设备型号设备名称厂家设备型号丝网印刷机DEK248X光机XL6500型6500贴片机mydataMY100汽相回流

12、焊接炉IBL509快速温度变化试验箱银河KWGD6025III研磨机Struers桌面印制板检测系统VS8能谱分析仪振动台东菱ES20切割机BUEHLER Beta场发射扫描电子显微镜S-4300&Jenesis-60金相显微镜USFEN XZ-3OPTIPHOT 2003. 试验过程和结果3.1 汽相液沸点稳定性试验 汽相液沸点是决定焊接过程中峰值温度的关键因素。汽相液沸点稳定性试验目的是检测设备所选用的汽相液沸点温度是否发生变化。试验数据可直接由设备自带的传感器得出。3.1.1 试验过程设备每次汽相层稳定后，在设备状态中记录汽相层的温度。并将记录值填写到相应的记录表中。3.1.2 试验结果

13、 通过对半年时间相关记录的分析，汽相液沸点温度温度，未发生变化。3.2 设备加热效率试验 设备加热效是调整工艺参数的关键因素。设备加热效率试验目的是研究在负载不同，（即产品需要的热熔有差异的情况下）但是工艺参数相同（即程序设定相同）情况下，温度曲线的差异，根据温度曲线差异的规律调整针对不同负载生产时的工艺参数。因此，首选，需要根据现有产品特点，总结常用的印制板组装件类型。以印制板厚度，印制板面积，元器件材质，元器件布局密度4项因素，建立下列排列组合，其中，每种排列组合中的变量只有一种因素，具体组合内容见下表5：印制板厚度印制板面积元器件材料元器件布局密度组合12.0mm100mmX100mm塑

14、料密4.0mm100mmX100mm塑料密组合22.0mm100mmX100mm塑料密2.0mm400mmX400mm塑料密组合32.0mm100mmX100mm塑料密2.0mm100mmX400mm陶瓷密组合4（图1）2.0mm100mmX100mm塑料密2.0mm100mmX100mm塑料疏 表5 图1（组合4）3.2.1 试验过程根据表5中的排列组合要求制作试验件。分别记录在相同工艺参数下的峰值温度。每种组合中包含两种试验件，每种试验件至少需记录3次数值，并计算平均值。3.2.2试验结果 试验结果见下表6印制板厚度印制板面积元器件材料元器件布局密度峰值温度组合12.0mm100mmX10

15、0mm塑料密2264.0mm100mmX100mm塑料密215组合22.0mm100mmX100mm塑料密2252.0mm400mmX400mm塑料密226组合22.0mm100mmX100mm塑料密2252.0mm100mmX100mm陶瓷密218组合32.0mm100mmX100mm塑料密2242.0mm100mmX100mm塑料疏225 表6 通过上述试验数据，可得出以下结论：（1） 印制板尺寸对温度曲线影响较小；（2） 元器件布局密度对温度曲线影响较小；（3） 元器件材料对温度曲线影响较大；（4） 印制板板厚对温度曲线影响较大。3.3 有铅元器件焊接可靠性试验 有铅元器件焊接可靠性试验

16、的目的是验汽相回流焊工艺的可靠性。需要对汽相回流焊接的焊点进行可靠性试验，通过分析经历过环境试验后焊点的内部结构，判断焊点的可靠性是否满足产品需求。因此，试验件应具备反映当前大多数产品的特点的要求。根据前期试验结果，结合现有产品特点，印制板选用FR-4基材，8层板，板厚为2.0mm，采用HASL工艺，表面镀铅锡合金。印制板上设计了部分印制线及过孔，在BGA器件中间位置设计过孔，用于测量中间热量变化。印制板设计4个安装孔，便于进行振动试验。图2 选用的元器件包含了当前型号产品中绝大部分封装形式，如BGA、QFP、CSP、SOP、SOP、PLCC、0201、0402、0603、0805、1206、

17、1812。其中BGA器件引脚间距1.27、1.0、0.8mm、QFP引脚间距0.5mm。具体牌号见下表7元器件规格牌号名称总数品名代码元器件名称型号规格每产品模拟显示板AP112000电容G-CT41-0603-2R1-50V-104-K-N70模拟显示板AP112000电容G+-CT41-0603-2R1-50V-473-K-N48模拟显示板AP112000电容G-CTE41-S-50-EH-1C-226-M28模拟显示板AP112000电容G+-CC41-0603-CG-50V-561-J-N53模拟显示板AP112000电容G-CTE41-S-40-EH-1C-106-M6模拟显示板AP

18、112000电容G-CTE41-S-50-EH-1H-475-M2模拟显示板AP112000电容G-CTE41-S-70-EH-1C-107-M11模拟显示板AP112000电容G+-CT41-1812-2R1-50V-105-K-N1模拟显示板AP119410DSPTMS320C6416EGLZA6E31模拟显示板AP119035接收器LVDS接收器 DS90LV048ATM2模拟显示板AP119004反相器SNJ54LVC14AFK1模拟显示板AP114000集成电路SDRAM MT48LC2M32B2P-5IT21模拟显示板AP114000集成电路总线驱动器 SN74ALVTH16244

19、GR2模拟显示板AP114000集成电路同步FIFO IDT72V295L15PFI1模拟显示板AP114000集成电路同步FIFO IDT72V2105L15PFI1模拟显示板AP119028滤波器ACH4518-153-T2模拟显示板AP114000集成电路FPGA APA450BG456I1模拟显示板AP118008隔离放大器ADUM3440CRWZ5模拟显示板AP114000集成电路LVDS驱动器 DS90LV047ATM3模拟显示板AP114000集成电路FLASH AM29LV800BT-70EI1模拟显示板AP114000集成电路VIDEO D/A ADV7123KST501模拟

20、显示板AP119687放大器AD8061AR1模拟显示板AP119390晶振VCC1-B3F-50MHz1模拟显示板AP119965双排插针1.27mm间距1模拟显示板AP119966单排插针2.54mm间距1模拟显示板AP115115电源MSK5230-3.3H2模拟显示板AP115115电源PT5406A1模拟显示板AP115115电源MSK5230-2.5H1模拟显示板AP119342电感MLCI2B 2012A82NMB1模拟显示板AP118001电阻RMK1608-M-B-102-J-M(0.063W)9模拟显示板AP118001电阻RMK1608-M-B-103-J-M(0.063

21、W)48模拟显示板AP118001电阻RMK1608-M-B-472-J-M(0.063W)15模拟显示板AP118001电阻RMK1608-M-B-750-J-M(0.063W)3模拟显示板AP118001电阻RMK1608-M-B-101-F-M(0.063W)8模拟显示板AP118001电阻RMK1608-M-B-330-J-M(0.063W)134模拟显示板AP118001电阻RMK3216-M-B-204-J-M-B(0.25W)1模拟显示板AP118001电阻RMK1608-M-B-203-J-M(0.063W)4模拟显示板AP118001电阻RMK2012-M-B-2552-F-

22、M(0.1W)1模拟显示板AP118001电阻RMK1608-M-B-681-J-M(0.063W)1模拟显示板AP118001电阻RMK2012-M-B-37R4-J-M(0.1W)2模拟显示板AP118001电阻RMK3216-M-B-750-J-M(0.25W)3模拟显示板AP118001电阻RMK1608-M-B-512-J-M(0.063W)8模拟显示板AP118001电阻RMK1608-M-B-822-J-M(0.063W)8模拟显示板AP114200二极管肖特基二极管BAS161模拟显示板AP111100插头母板插头 RM672-204-312-95011模拟显示板AP11996

23、5双排插针2.54mm间距1 表73.3.1 试验过程（1）温度曲线确定 根据有铅焊接工艺窗口，选用4种峰值温度焊接试验件，具体要求见下表8（注：峰值温度选择1.27间距BGA器件底部焊点的温度）焊膏网板峰值温度试验件1107E0.18215试验件2107E0.18220试验件3107E0.18225试验件4107E0.18230 表8 将上述试验件进行金相剖切，观察焊点内部结构，剖切部位见下图3红线部分 图3金相分析结论和图片见下表9金相分析数据BGA截面QFP截面0603电阻截面切片描述结论IMC厚度（m）图片切片描述结论IMC厚度（m）图片切片描述结论IMC厚度（m）图片最大均匀最小最大

24、均匀最小最大均匀最小试验件1（215）焊点内部晶粒均匀致密，空洞面积小于25%；可接受图4焊点内部晶粒均匀致密，根部焊料填充满足要求，存在少量空洞；可接受图8焊点内部晶粒均匀致密，根部焊料填充满足要求，存在少量空洞；可接受图12试验件2（220）图5图9图13试验件3（225）图6图10图14试验件4（230）图7图11图15 表9 图4 图5 图6 图7 图8 图9 图10 图11 图12 图13 图14 图15 图16 QFP引脚根部锡量金相照片金相分析结论： 从三种元器件的切片结果来看，不同的峰值温度的焊接工艺对焊接情况没有明显影响。SEM结果显示焊料与所有PCB焊盘，QFP,0603封

25、装可焊端生成的金属间化合物（IMC）较为均匀连续，而与BGA封装可焊端生成的IMC层厚度不均匀；界面IMC层厚度随着焊接温度的升高和工艺的变化差别无明显规律。根据上述金相分析结论，在界面IMC层厚度随着焊接温度的升高和工艺的变化差别无明显规律的前提下，选择热熔量最低（即峰值温度为215）的温度曲线进行后续试验板的焊接。（2）试验件焊接用于可靠性试验的试验件数量为2块，采用相同工艺方法进行焊接，具体焊接流程见下图17 图17 按照上述流程焊接两块试验板，全过程需对检验工序进行记录，检验记录见下表10检验设备检验结论丝网印刷检验VS8光学检测仪焊膏厚度均匀一致，无坍塌，凹陷，拉尖情况，偏移量小于焊

26、盘面积的15%贴片检验VS8光学检测仪贴装元器件无贴错方向，极性贴反情况，偏移量小于焊盘面积的15%焊接后检验VS8光学检测仪X-RAY检测仪焊点光亮，无疏松表面, 焊锡充分润湿连接部位, 有引线元器件的引线外形可目测辨认;BGA焊点内部气泡小于25%，且边缘部位没有气泡 表10（3）环境试验 检验合格后，将两块试验件进行振动试验，振动试验后，对其中一块试验件进行100次温度循环，另一块进行200次温度循环，具体试验要求如下： a.振动试验振动试验条件依据ECSS-Q-ST-70-08（高可靠性电连接的手焊接）中13章中提供的振动量级进行振动试验，使用V864振动台进行，将安装有印制板组装件的

27、工装直接连接到振动台面上进行试验（图17），振动量级见下表11；正弦振动频率范围10Hz-2000Hz振动幅值（峰峰值）10Hz70Hz，1.5mm70Hz-2000Hz，15g扫描速度1oct/min试验持续时间一次循环，从10 Hz2000 Hz10 Hz随机振动频率范围20 Hz2000 Hz，15g-r.m.s功率谱密度0.1g2/Hz试验时间10min，每一轴向 表11 图18b.温度循环试验：温度循环试验依据ECSS-Q-ST-70-38C（高可靠性表面贴装焊接技术）中温度循环条件制定，使用KWGD6025III快速变温箱,温度变化要求见下表12压力标准大气压试验温度-55100停

28、留时间每次循环在-55和100时保持15分钟持续时间每一循环约1小时循环次数100次和200次 表12（4）焊点可靠性分析焊点可靠性参考ECSS-Q-ST-70-38C标准相关内容，即焊点在振动试验和温度循环试验后内部裂纹长度如果小于25%，证明焊点可靠性满足空间级产品要求。本次焊点可靠性通过金相剖切手段进行分析。具体分析过程如下：a. 确定金相剖切部位 100次温度循环试验 200次温度循环试验 红色标记部位为金相剖切部位；将经历100次温度循环的试验件定位1#样件，经历200次温度循环的试验件定为2#样件。b. 焊点润湿性分析焊点润湿性分析见下表131#样件2#样件BGAQFP0603润湿

29、性分析焊料铺满焊盘和印制板焊盘，QFP引脚根部焊料爬升高度满足要求。BGA、QFP 和贴片电阻三种元器件焊盘、印制板焊盘润湿良好焊料铺满焊盘和印制板焊盘，QFP引脚根部焊料爬升高度满足要求。BGA、QFP 和贴片电阻三种元器件焊盘、印制板焊盘润湿良好 表13c. 焊点结合层分析焊点结合层分析见下表14 d结论 1#样件经过了 100 次温度循环和振动试验，三种元器件在元器件界面只发现少量的裂纹。满足小于25%裂纹长度的要求，焊点在元器件界面质量良好。2#样件经过了200 次温度循环和振动试验，三种元器件在元器件界面发现了比1#板略多的裂纹，但还是满足小于25%裂纹长度的要求，焊点在元器件界面质

30、量良好。两块样件的焊点在印制板界面结合都良好，没有发现大的裂纹存在。焊点的晶粒较均匀，没有较大的铅板块存在。3.3.2 试验结果通过对试验数据的分析，采用有铅汽相回流工艺的试验件满足环境试验后焊点内部裂纹小于25%的要求。焊点可靠性可以满足目前型号产品要求。 焊点结合层分析表BGAQFP0603焊料与元器件结合分析焊料与印制板结合分析焊料与元器件结合分析焊料与印制板结合分析焊料与元器件结合分析焊料与印制板结合分析1#样件焊料与元器件结合时形成了Ni3Sn4 和(Cu,Ni)6Sn5 两种结合层，平均厚度为2m，满足要求。由于经过了温度循环，底部的铜已经扩散到元器件焊盘处。在结合层处没有发现明显

31、的裂纹存在。焊料与元器件结合良好。焊料与印制板结合时形成了Cu6Sn5 的结合层，平均厚度为2.42m，满足要求。在外侧和中心位置的结合层处都没有发现明显的裂纹。焊料与印制板结合良好。焊料与元器件结合时形成了(Cu,Ni)6Sn5 的结合层，平均厚度为1.8m，满足要求。由于经过了温度循环，左右两侧在引脚根部的结合层处出现了小裂纹。焊料与印制板结合时形成Cu6Sn5 的结合层，平均厚度为2.6m，满足要求。在左侧印制板结合层出现了微小裂纹，右侧焊料与印制板结合良好。印制板中焊盘的竖向划痕为研磨过程造成。焊料与元器件结合时形成(Cu,Ni)6Sn5 和Ni3Sn4 的两种结合层，平均厚度为2.8

32、m，在(Cu,Ni)6Sn5 的结合层处出现了微小裂纹。由于元器件经过了温度循环和振动试验，所以印制板焊盘处的铜已经跑到了元器件处。焊料与印制板结合时形成形成Cu6Sn5 的结合层，平均厚度为1.84m，在左右两侧的结合层处没有发现裂纹，焊料与印制板结合良好2#样件焊料与元器件结合时形成了Ni3SN4 和(Cu,Ni)6Sn5 两种结合层，平均厚度为3.88m，满足要求。由于经过了温度循环，底部的铜已经扩散到元器件焊盘处。并且在外侧焊点的(Cu,Ni)6Sn5 的结合层处出现了小裂纹。焊料与印制板结合时形成了Cu6Sn5 的结合层，平均厚度为3.5m。在外侧和中心位置的结合层处都没有发现明显的

33、裂纹。焊料与印制板结合良好。焊料与元器件结合时形成了 (Cu,Ni)6Sn5 的结合层，平均厚度为2.9m，由于经过了温度循环振动试验，左右两侧在引脚根部的结合层处出现了小裂纹。焊料与印制板结合时形成了Cu6Sn5 的结合层，平均厚度为1.74m。在左侧焊料与印制板结合层处出现较厚的结合层，但是并没有出现裂纹。右侧焊料与印制板结合良好。焊料与元器件结合时形成(Cu,Ni)6Sn5 和Ni3Sn4 的两种结合层，平均厚度为1.36m，在引脚底部结合层处出现了小裂纹。由于元器件经过了温度循环和振动试验，所以焊盘处的铜已经扩散到元器件处。焊料与印制板结合时形成了Cu6Sn5 的结合层，平均厚度为2.

34、22m。在外侧和中心位置的结合层处都没有发现明显的裂纹。焊料与印制板结合良好。 表143.4 混装元器件焊接可靠性寿命试验混装试验可靠性寿命试验是我厂承担的集团公司重大工艺专项研究有铅/无铅元器件混合装焊工艺深入研究中的一项重要内容。试验内容依据IPC-9701ACN表面贴焊接接连接的性能测试方法及鉴定要求中可靠性寿命测试试验（温度循环试验），分析在调整原有有铅工艺参数的基础上，焊接无铅元器件（大多数情况下为BGA封装）方案的可行行，并通过计算试验件的平均疲劳寿命，无实效寿命和累积失效百分比，分析混装工艺的可靠性寿命。 由于试验项目还在进行当中，因此，本次暂不进行详细介绍报告，下表15为无铅B

35、GA（1.27间距），在采用有铅焊料时，不同温度曲线下焊点的内部结构。峰值温度合金层厚度（m）焊点评价最大均匀最小215焊点塌陷不足，有铅焊料与无铅焊球之间没有明显扩散；220焊点塌陷不足，有铅焊料与无铅焊球之间没有明显扩散；225无铅焊球塌陷形成焊点，有铅焊料与无铅焊球之间开始发生扩散，铅元素未均匀扩散至无铅焊球中。230无铅焊球塌陷形成焊点，有铅焊料与无铅焊球之间开始发生扩散，铅元素已经均匀扩散至无铅焊球中。 表153.5 X15型号产品焊点可靠性试验X15型号产品焊点可靠性试验的目的是验证汽相回流焊工艺是否能够满足该型号产品的焊点可靠性要求。试验方案依据型号产品环境试验要求和ECSS-Q

36、-ST-70-08C中可靠性判断依据制定，即在采用汽相回流焊工艺的焊点，环境试验后，如果焊点内部裂纹小于25%，证明焊点可靠性满足该型号产品要求。由于本次试验针对性较强，因此，试验件均选用正式产品。印制板选用XX1板，板厚为2.0mm，HASL工艺，表面镀铅锡合金。（见图19试验用元器件选用印制板上两种BGA封装（位号分别为D1，D11），其中，D11为1.27mm间距，焊球为SAC305无铅焊球，D1为1.0mm间距，焊球为Sn63Pb37有铅焊球（见图19红圈部位）。 本次试验是针对焊点的可靠性鉴定试验，不需要电气功能测试，由于元器件密度对温区曲线影响较小，只需要选用整板上需要热容较大的元

37、器件即可。与PLCC封装，SMD1.0封装相比，两种BGA封装需要的热容更大，因此，只选用了两种BGA封装元器件，作为评价焊点可靠性的依据。 图193.5.1 试验过程 （1）温度曲线确定 由于试验件数量有限，根据前期试验成果，为了保证焊料在无铅BGA焊球中充分扩散，峰值温度直接选用230。根据峰值温度要求，调整温度曲线设置，使峰值温度达到230。 （2）试验件焊接按图20流程焊接1块试验件 图20 检验记录表见表16检验设备检验结论丝网印刷检验VS8光学检测仪焊膏厚度均匀一致，无坍塌，凹陷，拉尖情况，偏移量小于焊盘面积的15%贴片检验VS8光学检测仪贴装元器件无贴错方向，极性贴反情况，偏移量

38、小于焊盘面积的15%焊接后检验VS8光学检测仪X-RAY检测仪焊点光亮，无疏松表面, 焊锡充分润湿连接部位, 有引线元器件的引线外形可目测辨认;BGA焊点内部气泡小于25%，且边缘部位没有气泡 表16 （3）环境试验 检验合格后，进行环境试验，环境试验内容根据型号产品环境试验要求，结合ECSS-Q-ST-70-38C中温度循环试验要求制定，使用KWGD6025III快速变温箱,温度变化要求见下表17压力标准大气压试验温度-55100停留时间每次循环在-55和100时保持15分钟持续时间每一循环约1小时循环次数100次 表17（4）焊点可靠性分析焊点可靠性参考ECSS-Q-ST-70-38C标准

39、相关内容，即焊点在振动试验和温度循环试验后内部裂纹长度如果小于25%，证明焊点可靠性满足空间级产品要求。本次焊点可靠性通过金相剖切手段进行分析。具体分析过程如下：a.确定金相剖切部位见图21 图21 红色标记为金相剖切部位b.焊点润湿性和结合层分析焊点润湿和结合层分析见下表18 表18 焊点润湿性和结合层分析D1D11图片分析图片分析润湿性分析焊料铺满焊盘和印制板焊盘，元器件焊盘、印制板焊盘润湿良好焊料铺满焊盘和印制板焊盘，元器件焊盘、印制板焊盘润湿良好焊盘侧与焊料结合层分析焊料与印制板结合时形成了Cu6Sn5 的结合层，平均厚度为3m左右，满足要求。在外侧和中心位置的结合层处都没有发现明显的裂纹。焊料与印