Испытание на циклическое изменение температуры — это не просто помещение печатной платы в тепловую камеру и ее циклическое перемещение взад и вперед; он должен точно воспроизводить процесс накопления напряжений в паяных соединениях при многократном тепловом расширении и сжатии. Наша производственная линия JJY обычно использует диапазон экстремальных температур от -40°C до +125°C, с единым режимом нагрева/охлаждения, строго контролируемым в течение 5 минут, и 15-минутной выдержкой как при высоких, так и при низких температурах для формирования полного цикла. Эта настройка параметра ближе к реальным сценариям эксплуатации печатной платы автомобильного и промышленного управления, чем к традиционным требованиям IEC 60068-2-14.
Разрушение паяного соединения часто не происходит в виде внезапного разрушения, а начинается с микротрещин на границе слоя IMC, которые постепенно распространяются по мере увеличения количества циклов. В ходе анализа поперечного сечения после 300-го цикла мы обнаружили, что платы, в которых использовался припой SAC305 с пиковой температурой оплавления всего 235°C, обычно имели тонкий слой Cu6Sn5 с плохой непрерывностью, в то время как платы со стабильной пиковой температурой 245°C, поддерживаемой в течение более 60 секунд, имели плотный и однородный слой IMC со значительно замедленным возникновением трещин. Это указывает на то, что профиль оплавления оказывает решающее влияние на характеристики термоциклирования.
Последовательность отказов паяных соединений различных компонентов на одной и той же печатной плате также следует четкой схеме: паяные соединения BGA обычно выходят из строя на 120–150 циклов раньше, чем паяные соединения QFP. Основная причина заключается в том, что паяные соединения BGA полностью закрыты упаковкой, имеют длинные пути рассеивания тепла и слабую способность снимать тепловые напряжения. In напротив, паяные соединения резисторов 0402 являются наиболее устойчивыми к циклическому воздействию из-за их небольшой площади площадки, небольшого объема паяного соединения и более сильной способности поглощать энергию термической деформации. Следовательно, результаты термоциклирования нельзя оценивать исключительно по общему показателю «прошел/не прошел»; Рентгеновский и металлографический анализ поперечного сечения необходимо комбинировать, чтобы определить самую раннюю точку разрушения.
В ходе тестирования мы обнаружили, что контактные площадки со смещением печати паяльной пасты, превышающим 75 мкм, показали значительное увеличение количества пустот после 200-го цикла, в то время как паяные соединения со смещением, контролируемым в пределах 30 мкм, по-прежнему не имели нарушений соединения даже после 500 циклов. Это подтверждает, что соответствие между точностью отверстия трафарета и давлением ракеля обеспечивает фундаментальную поддержку срока службы при термоциклировании. JJY в настоящее время устанавливает порог проверки SPI на отклонение объема паяльной пасты ±9% и позиционное смещение ≤30 мкм, что представляет собой красную линию процесса, полученную в результате обратного расчета на основе обширных данных о термоциклировании.
Испытание электрических характеристик после термоциклирования должно проводиться под нагрузкой; проверка целостности цепи мультиметром в условиях холостого хода вообще не позволяет выявить периодические обрывы цепи, вызванные микротрещинами. Перед функциональной проверкой требуется непрерывная работа в течение 2 часов при номинальном напряжении и токе нагрузки. Была партия силовых модулей, которые прошли 100% проверку при комнатной температуре, но сработали защиту OCP сразу при включении питания после термоциклирования. При разборке были обнаружены кольцеобразные микротрещины в паяных соединениях в нижней части МОП-транзистора, которые проявляли высокоомное состояние только при термической нагрузке.
