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》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、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byJohnH.LauAgilentTechnologies,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RoHS中规定禁止使用铅(Pb)，汞(Hg)，镉（Cd），六价铬(Cr6+)，PBB（多溴联苯）

2、，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，

3、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100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

4、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]。同时，对于电子业界来说，SAC合金还是相对较新的焊料，其焊点的可靠性是另一个更大的问题[11]。最后，用SAC焊接所带来的能量消耗将增加，据相关研究报道增约为18.5％[12]。因此，对于电子业界和环境而言，无铅（用SAC焊料）并没有什么好处。无铅元件的可靠性、无铅PCB的可靠性本身都是非常重要的话题。然而在这里将不讨论，本文重点研究无铅焊点的可靠性。在过去几年里，大家对无铅产品问得最多的问题是：1、无铅焊点可靠吗？2、无铅焊点比锡铅焊点更可靠还是更不可靠？应该指出

5、，这些都是不正确的提问，这样的问题没有答案。为了提出正确的提问，进行富有意义的讨论，人们必须知道可靠性的真正定义和关于可靠性工程的一些基础知识。无铅焊点的可靠性可靠性定义电子产品指定封装的焊点可靠性定义为：焊点在规定的时间内和规定的条件下，完成规定功能而不失效的可能性[11,13,14]。在数字上，可靠性是一个“幸存者”的百分比，即R(t)=1–F(t)，这R(t)是可靠性（“幸存”）函数，F(t)是累计分布函数（累计失效概率函数CDF）。寿命分布是一个用来描述焊点寿命的理论分布模型，它定义为CDF，即F(t)，用来描述焊点的寿命分

6、布。因此，决定焊点可靠性的唯一方法是可靠性试验。可靠性试验的目的可靠性试验的目的就是要获得失效数（越多越好）和最符合选定概率分布（韦伯分布）的CDF（寿命分布函数）的失效数据。对一定数量的项目数（样本数）进行试验，最后数据应具有统计意义。可靠性试验时间是未知的，但通常很长，如几个月。应该注意和强调的是，具有确定芯片尺寸的某一封装的无铅焊点，一旦它的寿命分布函数F(t)（累计失效概率）被可靠性试验估算出来，则该无铅焊点的可靠度R(t)、失效率、累计失效率、平均失效率，平均失效时间等都容易确定[11,13,14]。大多数可靠性试验是加速

7、试验（即采用比正常设备使用时遇到的环境更严酷的条件，如增大温度或湿度等应力，加快物理化学失效退化过程，尽快获得相关可靠性数据）。因此，加速模型需要将失效概率、可靠性函数、失效率、以及平均失效时间，从试验条件转换到操作条件。在建立无铅焊点加速模型时，必须考虑以下因素：他们周围的材料（如焊料、塑封料、陶瓷、铜箔、玻璃环氧树脂以及硅）；载荷（如，应力、应变、温度、湿度、电流密度以及电压）；以及失效机理和模式（如：过载、疲劳、腐蚀以及电迁移）。认证试验的目的与可靠性试验不同，认证试验的目的是“通过”或“不通过”，试验时间（或次数）提前明确规

8、定。一旦在规定的试验时间前发生任何失效，试验通常停止，然后进行失效分析，找到失效的原因。在所有参数改变后，如重新设计，新的认证试验将再次开始，认证试验的样本数量通常小于可靠性试验的样本数量。试验方法焊点试验的通常方法有：温度循环试验（