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無鉛制程測試試驗條件

來源：寧波艾德生儀器有限公司 2011年09月03日 15:29

    無鉛產品之可靠度測試是產品設計與制造必需面對的嚴苛挑戰，各種材料之制程條件、可靠度、焊接性都不同，對制造者實在很難在短時間將良率和信賴度做好。
     在無鉛制程焊點可靠性測試中，比較重要的是針對焊點與連接元器件熱膨脹系數不同進行的溫度相關疲勞測試。包括等溫機械疲勞測試，熱疲勞測試及耐腐蝕測試等。其中根據測試結果等溫機械疲勞測試可以確認相同溫度下不同無鉛材料的抗機械應力能力不同，同時還表明不同無鉛材料顯示出不同的失效機理，失效形態各有不一。熱疲勞測試是用于考察由于熱應力所引起的低循環疲勞對焊點連接可靠性的影響。
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■錫鉛焊點可靠性測試方法:
    01 對電子組裝品進行熱負荷試驗（溫度沖擊或溫度循環試驗）；
     02 按照疲勞壽命試驗條件進行對電子器件結合部進行機械應力測試；
在無鉛制程焊點可靠性測試中，比較重要的是針對焊點與連接元器件熱膨脹系數不同進行的溫度相關疲勞測試。
包括等溫機械疲勞測試，熱疲勞測試及耐腐蝕測試等。
其中根據測試結果等溫機械疲勞測試可以確認相同溫度下不同無鉛材料的抗機械應力能力不同，
同時還表明不同無鉛材料顯示出不同的失效機理，失效形態各有不一。
熱疲勞測試是用于考察由于熱應力所引起的低循環疲勞對焊點連接可靠性的影響。               ▲TOP
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■目前常用的可靠度試驗設備（接合可靠度評估）為：

	01 高溫烤箱	02 熱沖擊試驗[ 三箱氣體式 ]&[ 兩箱移動式液體 ]
	03 恒溫恒濕機	04 低阻量測系統
	05 離子遷移量測系統	06 （溫濕度+振動）復合式試驗機
	07 蒸汽老化試驗	08 金相切片試驗
	09 振動測試	10 IC零件腳的拉力試驗
	11 彎曲測試	12 電阻電容的推力試驗
	13 落下測試

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■無鉛制程接合可靠度（信賴性）評估的試驗規范：

	01 EIAJ（JEITA）ET-7407
	02 EIAJ（JEITA）ET-7401
	03 IPC-SM-785
	04 IPC-9701
	05 IPC-TM650

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■無鉛制程接合可靠度的試驗條件：

1 冷熱沖擊試驗 :

1	-40℃（30min）←→125℃（30min），500,1000,2000cycle[zui常使用的條件]
2	-55℃（30min）←→105℃（30min），1800cycle
3	-25℃（30min）←→100℃（30min），1000cycle，試驗完必須*
4	-40℃（30min）←→80℃（30min），1000cycle
5	-35℃（15min）←→105℃（30min），cycle數依據零件評估目的訂定
	a.每100cycle判斷龜裂發生率
	b.每500cycle剝離強度
	-35℃（15min）←→105℃（30min），cycle數依據零件評估目的訂定

2 烤箱 :

1	125℃：1000h,2000h（PCB）
2	150℃，100h,168h
	在高溫放置對于強度之影響均傾強度漸漸降低之方向。這是因焊材本身的物理特性，因溫度的變化所造成之強度低下部分和界面化合物形成狀態及界面反應之焊材本身的變化要因。

3 復合式試驗 :

125℃、50～60Hz、9.8m/s^2（1G）

▲TOP

4 蒸汽老化試驗 :

100℃/100%R.H.，8h（相當于高溫高濕下6個月），16h（相當于高溫高濕下一年）

5 JEDEC條件:

吸濕1 ：

1	STEP1：125℃ 24h
2	STEP2：30℃/60%R.H. 192h
3	STEP3：60℃/60%R.H. 40h
4	STEP4：執行2cycle

吸濕2 ：

1	TEP1：125℃ 24h
2	STEP2：30℃/80%R.H. 24h
3	STEP3：執行2cycle

6 拉張力測試（同批、不同顆零件、不同腳）:

1	試驗前（溫度循環前）
2	溫度循環第250次時
3	溫度循環第500次時
4	試驗后（溫度循環結束）	▲TOP

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試驗完畢檢查項目：

外觀檢查、導體電阻量測（連續量攝）[低阻量測]、45度接合強度測試、接合處斷
面SEM檢查

■當完成無鉛組裝板，須執行以下幾項測試，以確保產品可靠度：

a	振動試驗（VibrationTest）
b	熱沖擊（或者是熱循環）測試（ThermalShockTest）
c	金相切片試驗（CrossSectionTest）
d	IC零件腳的拉力試驗（PullTest）
e	電阻電容的推力試驗（ShearTest）
f	摔落試驗（手機產品）

以上試驗，d與e項，在成品完成后與經過b項試驗后都建議執行!另外金相切片的部分，需執行BGA零件，IC零件，Chip零件，PTH零件，除以上零件之外若產品上有重要零件也須一并進行，主要目的為觀察零件與PCB基板間的焊接狀態與IMC層的狀態。

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■無鉛制程量產后PCB的可靠度試驗：

1	冷熱沖擊：-25℃（30min）←→80℃（30min），1000cycle
2	高溫：80℃ 1000h
3	高溫高濕：80℃/90%R.H. 1000h

■無鉛制程錫須試驗條件（晶須試驗）：

冷熱沖擊試驗 （Thermal Cycling，TC）：

1	-55℃←→85℃，每循環20分鐘
2	85℃←→-40℃或-55℃
3	-40℃（7min）←→85℃（7min），1500 cycles
4	-35±5℃（7分鐘）←→125±5℃（7分鐘），循環數500±4次
5	達到規定溫度開始記數

高溫高濕試驗（high temperature/humidity condition test）：

1	60℃/90 ±5﹪RH.
2	60℃/93%RH. （+2/-3﹪）
3	60℃/95 ±5﹪RH.，2000 Hrs
4	85℃/85%R.H. 500±4小時

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■IC的無鉛制程試驗條件：

溫度循環測試（TCT） JEDEC JESD22－A104
1.-40℃（-10℃,+0℃）←→125℃（-0℃,+10℃），1個cycle為1小時，斜率時間為 20min（8℃/1min），駐留10min，試驗1000小時，100小時檢查一次
2.150℃←→-60℃，駐留15min，1000cycle（500cycle檢查一次）
溫度沖擊（TST）試驗1：150℃←→-60℃，駐留5min，1000cycle（500cycle檢查一次）
高溫儲存試驗1：JEDEC JESD22－A103－B
高溫儲存試驗2：150℃/1000h，溫度波動控制在±5℃，500小時檢查一次
PCT試驗1：JEDEC JESD22－A102－C
PCT試驗2：121℃/100%R.H./2atm，試驗時間：1000h（500小時檢查一次
HAST試驗JEDEC JESD22－A110－B/118
溫濕度試驗（THT）
試驗條件：85℃/85%R.H.，試驗時間：1000h（500小時檢查一次）	▲TOP

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■裸晶測試（Bare die test）：

1	85℃/85%R.H.，168h
2	溫度循環測試（TCT）： -40℃←→125℃，1個cycle為1小時，斜率時間為（11℃/1min），駐留15min，試驗100、300、500、1000、2000 cycle
3	溫度沖擊（TST）：[液體式] -55℃←→125℃，1個cycle為30min，試驗100、300、500、1000、2000 cycle
4	高溫儲存： 150℃/2000h，溫度波動控制在±5℃，24、96、168、300、500、1000、2000小時檢查一次	▲TOP

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■無鉛制程的可靠度試驗：

冷熱沖擊試驗：

EIAJ（JEITA）ET-74073.3

a	-25℃（zui少低7min）←→125℃（zui少低7min）
b	-40℃（zui少低7min）←→125℃（zui少低7min）
c	-30℃（zui少低7min）←→80℃（zui少低7min）
d	zui低運轉溫度←→zui高運轉溫度	▲TOP

高溫高濕儲存試驗：

EIAJ（JEITA）ET-7401

高溫：85、100、125、150℃
高溫高濕：40℃/90%R.H.、60℃/90%R.H.、85℃/850%R.H.，駐留1000h
強度確認試驗：60℃/93%R.H.，駐留1000h，光學顯微鏡檢查
離子遷移測試：85℃/85%R.H.，駐留1000h，連續絕緣電阻量測

焊點可靠度測試-Temp cycling [等溫斜率RAMP]：
100℃ [10min]←→0℃[10min]，Ramp：10℃/min，6500cycle
40℃[5min]←→125℃ [5min]，Ramp：10min（16.5℃/min），200cycle檢查一次，2000cycle進行拉力試驗
-40℃（15min）←→125℃（15min），Ramp：15min（11℃/min），2000cycle

無鉛PCB溫度循環可靠性：
-40℃[10min]←→125℃[10min]，Ramp：30 ℃/min，1000cycle

無鉛BGA試驗：
-55℃[30min]←→125℃[30min]，1000cycle

IT產品無鉛可靠性試驗：
系統：-40℃[15min]←→65℃[30min]，Ramp：20 ℃/min，50cycle
板子&連接器：-40℃[10min]←→80℃[15min]，Ramp：20 ℃/min，50cycle
主板：0℃[10min]←→100℃[15min]，Ramp：20 ℃/min，50cycle

*：400－618－5505

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