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焊点可靠性分析.pdf

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可靠性分析
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LOGO LOGO LOGO LOGO 焊点可靠性分析 中国赛宝实验室 Samu Mo目录 焊点的基础知识 1 1 1 1 焊点的工艺流程 2 2 2 2 焊点的工艺评价 3 3 3 3 焊点的可靠性评价 4 4 4 41. 1. 1. 1. 焊点的基础知识 1.1 焊点:无铅/ 锡铅焊料被 加热到熔点以上,焊接金 属表面在助焊剂的活化作 用下,对金属表面的氧化 层和污染物起到清洗作 用,同时使金属表面获得 足够的激活能。熔融的焊 料在经过助焊剂净化的金 属表面上进行浸润、发生 扩散、冶金结合,在焊料 和被焊接金属表面之间生 成金属间结合层,冷却后 使得焊料凝固,形成焊点。 焊点图片在焊接界面形成 良好滋润 形成良好焊点的关键 形成合适的金属 化间化合物 1.2 形成良好焊点的关键 1.3 1.3 1.3 1.3 焊点的基本结构和基本作用 ? 焊点的基本构成:器 件引脚、焊料、PCB 焊盘、界面的金属化 层 ? 焊点的基本作用:电 气连接、机械连接 2. 2. 2. 2. 焊点的工艺流程 冷却后形成焊点 表面清洗 焊件加热 焊料润湿 扩散结合层 焊接工艺表面清洁 焊件加热 焊料润湿 扩散结合层 冷却后形成焊点 焊接过程分解 焊接过程分解 焊接过程分解 焊接过程分解 助 助 助 助 焊 焊 焊 焊 剂 剂 剂 剂 残 残 残 残 留 留 留 留 的 的 的 的 影 影 影 影 响 响 响 响 高温和 高温和 高温和 高温和 温度差 温度差 温度差 温度差 异的影 异的影 异的影 异的影 响 响 响 响 焊点微观结 焊点微观结 焊点微观结 焊点微观结 构的差异 构的差异 构的差异 构的差异2.1 2.1 2.1 2.1 主要的焊接工艺 软钎焊接:手工焊接 软钎焊接:手工焊接 软钎焊接:手工焊接 软钎焊接:手工焊接 波峰焊接 波峰焊接 波峰焊接 波峰焊接 SMT SMT SMT SMT再流焊 再流焊 再流焊 再流焊 接 接 接 接 其他焊接:激光焊接 其他焊接:激光焊接 其他焊接:激光焊接 其他焊接:激光焊接 氩弧焊接 氩弧焊接 氩弧焊接 氩弧焊接 压焊等 压焊等 压焊等 压焊等—— —— —— ——主要针对钎焊接 主要针对钎焊接 主要针对钎焊接 主要针对钎焊接2.1.1 2.1.1 2.1.1 2.1.1 手工焊接 手工焊接工艺 手工焊接工艺 手工焊接工艺 手工焊接工艺 手工焊接工艺缺陷:焊料对引脚润湿不 良;焊料对孔壁润湿、填充不足。2.1.2 2.1.2 2.1.2 2.1.2 波峰焊 波峰焊:波峰焊是让插件板的焊接面直接与高温液态锡接触达到焊 接目的, 其高温液态锡保持一个斜面, 并由特殊装置使液态锡形成一道 道类似波浪的现象, 所以叫“ 波峰焊“波峰焊曲线图2.1.3 2.1.3 2.1.3 2.1.3 回流焊 ? 回流焊:回流焊技术在电子制造领 域并不陌生,我们电脑内使用的各 种板卡上的元件都是通过这种工艺 焊接到线路板上的,这种设备的内 部有一个加热电路,将空气或氮气 加热到足够高的温度后吹向已经贴 好元件的线路板,让元件两侧的焊 料融化后与主板粘结回流焊接工艺 回流焊接工艺 回流焊接工艺 回流焊接工艺回流焊曲线图焊接缺陷案例2.2 2.2 2.2 2.2 工艺不当主要失效模式 工艺不当 焊点冷焊 静电损伤 焊点偏位异常 陶瓷电容破裂 潮湿敏感损伤 焊点过度焊接工艺缺陷原因汇总分析 1 包括元器件、助 焊剂等材料控制 不合理 3 后期检测的手段 缺乏,不能及时 发现问题 2 焊接工艺参数缺 乏必要的控制和 优化 补充:技术人员对工艺控制的要求掌握不够3. 3. 3. 3. 焊点的工艺评价 9. 热分析技术 (TGA/DSC/TMA) 10. 染色与渗透技术 11. 其他分析测试技 术 9. 热分析技术 (TGA/DSC/TMA) 10. 染色与渗透技术 11. 其他分析测试技 术 5. 金相切片分析 6. 扫描电镜分析 SEM 7. 能谱分析EDAX 8. 光电子能谱XPS 5. 金相切片分析 6. 扫描电镜分析 SEM 7. 能谱分析EDAX 8. 光电子能谱XPS 1. 红外检查 2.X 射线透视检查X-RAY 3. 扫描超声显微镜检查C-SAM 4. 红外显微镜分析FT-IR 1. 红外检查 2.X 射线透视检查X-RAY 3. 扫描超声显微镜检查C-SAM 4. 红外显微镜分析FT-IR3.1 3.1 3.1 3.1 外观检查 Visual InspectionVisual Inspection Visual Inspection Visual Inspection4. 4. 4. 4. 焊点可靠性分析 焊点的主要可靠性问题 ? 焊点缺陷(空洞、虚焊、冷焊等) ? 焊点疲劳失效(和长时间工作相关) ? 焊点开裂失效(通常和受热或机械应力相关 焊点疲劳可靠性评价标准 IPC-SM-785 表面组装焊点可靠性加速试验实验 指南 IPC-9701 表面组装焊点性能测试方法和鉴定 要求 (给出了详细要求) JESD22-104-B 温度循环试验4.1 4.1 4.1 4.1 温度循环/ / / / 温度冲击 ? 温度:0 ℃—100 ℃ 、-25 ℃—100 ℃、-40 ℃—125 ℃、- 55 ℃—125 ℃ 、-55 ℃--100 ℃ ? 高低温停留时间:有铅:10min\ 无铅:10min~30min 常 用:15min ? 温度变化速率:<20 ℃/min 推荐10 ℃/min~15 ℃/min ? 循环数:200cyle\500cyle\1000cyle\1500cyle\2000cyle\ ? 1% 失效率计算 ? 5 年*365 天=1825 天*24=43800h*1%=438h*2=876cyle---- 1000cyle ? 3 年*365 天=1095 天*24=26280h*1%=262h*2=524cyle ? 温冲:500h 2pcs4.2 4.2 4.2 4.2 高温高湿试验 ? 85 ℃± 2 ℃,85± 2%RH ,1000h (其他非标准时间: 500H ,168H 客户指定时采用)\ JESD22A101 ? IPC-TM-650 2.6.14.1 电迁移 ? 40 ℃ ± 2 ℃, 93% ± 2% RH ; ? 65 ℃ ± 2 ℃ ,88.5% ±3.5% RH ; 85°C ± 2°C, 88.5% ± 3.5% RH ? 偏压:10VDC ;时间:596H ? 85°C ± 2°C, 85% ±5% RH ,1000-24/+168 小时 JESD-22-A101 4.3 4.3 4.3 4.3 锡须观察 ? Min Temperature -55 to -40 (+0/-10) °C ; Max Temperature +85 (+10/-0) °C,air to air; 5 to10 minute soak;3 cycles/hour 1000 cycles 。电镜观察(每500cycles 观察一 次)。 ? JEDEC/JESD22A1214.4 4.4 4.4 4.4 跌落试验 ? 自由跌落(高度:20 ,50 ,100 ,250 , 500 ,1000mm )/ 重复自由跌落(高度 500mm ,试验次数:50 ,100 ,200 , 500 ,1000 次)、GB2423.84.5 4.5 4.5 4.5 随机振动 ? 频率范围:5HZ ~1000HZ ,加速度谱值: 5HZ 0.01g2/HZ ;10HZ 0.06g2/HZ ; 190HZ 0.008g2/HZ ;370HZ 0.0008 g2/HZ ; 1000HZ 0.0005 g2/HZ ,总均方 根值:1.9935gRMS ,方向:X 、Y 、Z 三方 向,时间:每方向2h ,共6h 、ANSI/EIA- 364-28D-19994.6 4.6 4.6 4.6 霉菌 ? 1 .霉菌培养; ? 2. 持续时间28d ,84d 、GB2423.16LOGO LOGO LOGO LOGO 莫工 13926208465 samu_mo@163.com
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