「無(wú)鉛焊接知識(shí)」無(wú)鉛焊點(diǎn)可靠性測(cè)試方法分為哪幾種？

如今,電子組裝技術(shù)中，人們的環(huán)保意識(shí)越來(lái)越強(qiáng)，從環(huán)保、立法、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和產(chǎn)品可靠性等方面來(lái)看，無(wú)鉛化勢(shì)在必行。無(wú)鉛焊點(diǎn)是多元的共晶體，根據(jù)光的漫射原理，無(wú)鉛焊點(diǎn)不會(huì)反光亮而呈“橘皮形狀”。此外，焊料在凝固時(shí)還伴隨著體積的收縮，其收縮率大約為4%，體積的縮小大部分是出現(xiàn)在焊料最后凝固的地方。

無(wú)鉛焊點(diǎn)可靠性測(cè)試，主要是對(duì)電子組裝產(chǎn)品進(jìn)行熱負(fù)荷試驗(yàn)（溫度沖擊或溫度循環(huán)試驗(yàn)）；按照疲勞壽命試驗(yàn)條件對(duì)電子器件結(jié)合部進(jìn)行機(jī)械應(yīng)力測(cè)試；使用模型進(jìn)行壽命評(píng)估。目前比較著名的模型有低循環(huán)疲勞的Coffin-Manson模型，一般在考慮平均溫度與頻率的影響時(shí)使用修正Coffin-Manson模型，而在考慮材料的溫度特性及蠕變關(guān)系時(shí)采用Coffin-Manson模型。

無(wú)鉛焊點(diǎn)可靠性測(cè)試方法主要有外觀檢查、X-ray檢查、金相切片分析、強(qiáng)度（抗拉、剪切）、疲勞壽命、高溫高濕、跌落實(shí)驗(yàn)、隨機(jī)震動(dòng)、可靠性檢測(cè)方法等。

外觀檢查：無(wú)鉛和有鉛焊接的焊點(diǎn)從外表看是有差別的，并影響AOI系統(tǒng)的正確性。無(wú)鉛焊點(diǎn)的條紋更明顯，并且比相應(yīng)的有鉛焊點(diǎn)粗糙，這是從液態(tài)到固態(tài)的相變?cè)斐傻摹Ｒ虼诉@類焊點(diǎn)看起來(lái)顯得更粗糙、不平整。另外，由于無(wú)鉛焊料的表面張力較高，不像有鉛焊料那么容易流動(dòng)，形成的圓角形狀也不盡相同。

因此檢測(cè)儀器必須做一些參數(shù)或程序調(diào)整，自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)儀（AOI）制造商已經(jīng)推出了相應(yīng)的解決方案，其中包括歐姆龍采用三色光源和不同的照射角度將焊點(diǎn)的三維形狀用二維圖像表示出來(lái)。

X-ray檢查：無(wú)鉛焊的球形焊點(diǎn)中虛焊增多。無(wú)鉛焊的焊接密度較高，可以檢測(cè)出焊接中出現(xiàn)的裂縫和虛焊。銅、錫和銀應(yīng)屬于“高密度”材料，為了進(jìn)行優(yōu)良焊接的特性表征、監(jiān)控組裝工藝，以及進(jìn)行最重要的焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)完整性分析，有必要對(duì)X射線系統(tǒng)進(jìn)行重新校準(zhǔn)，對(duì)檢測(cè)設(shè)備有較高要求。

準(zhǔn)自動(dòng)焊點(diǎn)可靠性檢測(cè)技術(shù)是利用光熱法逐點(diǎn)檢測(cè)電路板焊點(diǎn)質(zhì)量的一種先進(jìn)技術(shù)，具有檢測(cè)精度高、可靠性好、檢測(cè)時(shí)不須接觸或破壞被測(cè)焊點(diǎn)等特點(diǎn)。檢測(cè)時(shí)對(duì)印制電路板的焊點(diǎn)逐點(diǎn)注入確定的激光能量，同時(shí)用紅外探測(cè)器監(jiān)測(cè)焊點(diǎn)在受到激光照射后產(chǎn)生的熱輻射。由于熱輻射特性與焊點(diǎn)的質(zhì)量狀況有關(guān)，故可據(jù)此判定焊點(diǎn)的質(zhì)量好壞。激光與焊點(diǎn)的對(duì)準(zhǔn)和注入以及焊點(diǎn)質(zhì)量差別均由計(jì)算機(jī)及相應(yīng)的軟件完成。

測(cè)試裝置包括YJLG激光系統(tǒng)、紅外探測(cè)系統(tǒng)、X-Y掃描工作平臺(tái)以及由計(jì)算機(jī)控制的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)、判讀軟件等五部分組成。此技術(shù)的焊點(diǎn)重缺陷檢出率為100％，，其他缺陷檢出率遠(yuǎn)高于人工檢測(cè)。檢測(cè)速度滿足小批量生產(chǎn)需要，特別適用于可靠性要求高、批量小的產(chǎn)品檢測(cè)。

在無(wú)鉛工藝焊點(diǎn)可靠性測(cè)試中，比較重要的是針對(duì)焊點(diǎn)與連接元器件熱膨脹系數(shù)不同進(jìn)行的溫度相關(guān)疲勞測(cè)試，包括等溫機(jī)械疲勞測(cè)試、熱疲勞測(cè)試及耐腐蝕測(cè)試等。其中根據(jù)測(cè)試結(jié)果可以確認(rèn)相同溫度下不同無(wú)鉛材料的抗機(jī)械應(yīng)力能力不同，同時(shí)有研究表明不同無(wú)鉛材料顯示出不同的失效機(jī)理，失效形態(tài)也各不相同。

對(duì)制造商來(lái)說(shuō)，可靠性屬于比較高層次的考慮因素，但優(yōu)良的制造工藝方面還是最重要的，沒(méi)有先進(jìn)的制造工藝就沒(méi)有較高的可靠性。所以改進(jìn)材料和工藝是解決采用無(wú)鉛焊所出現(xiàn)的可靠性和失效缺陷的關(guān)鍵。

焊點(diǎn)在微電子封裝產(chǎn)業(yè)中起著舉足輕重的作用，相關(guān)設(shè)計(jì)、工藝均應(yīng)引起充分重視。積極優(yōu)化焊接工藝、找出失效模式、分析失效機(jī)理、提高產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性水平，對(duì)電子封裝產(chǎn)業(yè)均有重要的意義。無(wú)鉛焊點(diǎn)由于焊料的差異和焊接工藝參數(shù)的調(diào)整，必不可少地會(huì)給焊點(diǎn)可靠性帶來(lái)新的問(wèn)題。我們從設(shè)計(jì)、材料及工藝角度分析了影響無(wú)鉛焊點(diǎn)可靠性的因素，如金屬間化合物厚度增加、材料的熱匹配問(wèn)題、空洞問(wèn)題、可靠性測(cè)試參數(shù)的改變等。

無(wú)鉛化技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，但是在無(wú)鉛化進(jìn)程中還存在一些懸而未決的問(wèn)題，如焊點(diǎn)的剪切疲勞、蠕變問(wèn)題、虛焊現(xiàn)象、焊點(diǎn)熱疲勞的主要變形機(jī)制、焊點(diǎn)的顯微結(jié)構(gòu)對(duì)焊點(diǎn)的疲勞行為的影響與作用機(jī)制等，都有待進(jìn)一步研究。