Мы случайным образом выбрали 20 образцов припоя из одной партии материнских плат промышленного управления, произведенных на производственной линии Jia Jinyuan, и равномерно имплантировали основные управляющие чипы X86 в стандартных корпусах BGA и чипы памяти промышленного класса DDR4 во все образцы. Все образцы были установлены и спаяны с использованием одного и того же принтера DEK, одного и того же набора параметров проверки SPI и одной и той же печи оплавления HELLER. Пиковая температура оплавления строго контролировалась на уровне 245 ± 2 ℃, а время превышения точки ликвидуса поддерживалось на уровне 68 ± 3 секунды, чтобы обеспечить очень стабильное начальное состояние паяного соединения и избежать колебаний процесса, влияющих на последующие критерии надежности.
Испытание на ускоренное старение непрерывно проводилось в камере с постоянной температурой и влажностью 85℃/85% относительной влажности в течение 1000 часов. В течение этого периода каждые 200 часов отбирались пробы для рентгеновской томографии, и было обнаружено, что в краевой зоне паяных соединений начали появляться субмикронные скопления пустот, а толщина слоя интерметаллида Cu6Sn5 вблизи границы контактной площадки увеличилась с первоначальных 1,8 мкм до 3,2 мкм. Этот неравномерный рост напрямую ослабил сопротивление паяных соединений сдвигу. Мы измерили, что средняя сила сдвига снизилась на 12,7% после 600-го часа, но порог разрушения IPC-A-610 класса 3 еще не сработал.
Тест температурного цикла был установлен как -40℃×30 минут → +125℃×30 минут, причем один цикл занимал 2,5 часа. After a total of 1500 cycles, transverse microcracks were observed under a microscope In 63% of the BGA solder joints on the Ni/Au surface treatment pad side, with crack lengths concentrated In the range of 8~22μm. Among them, the solder joint failure density In the boundary area between the PCB thick copper layer (3oz) and the ordinary FR-4 laminate structure was 2.3 times higher than the average value, indicating that the mismatch of substrate thermal expansion coefficient is still the main bottleneck for the long-term reliability of industrial control motherboard solder.
При наложении теста на случайную вибрацию мы применили широкополосное возбуждение с частотой 5 ~ 500 Гц, Grms = 7,5 в соответствии со стандартом IEC 60068-2-64. После 12 часов непрерывного тестирования было установлено, что режим разрушения паяного соединения существенно изменился. Among the failure paths originally dominated by interface cracking, 38% turned into brittle fracture of the solder body, which is closely related to the excessive thickening of the IMC layer leading to the exhaustion of plastic reserve. When the shear force was re-measured at this time, the value had fallen below 76% of the initial value, and some specimens experienced functional interruption midway through the vibration, manifested as a sudden increase In the CAN bus communication frame loss rate to 17.4%.
Все поврежденные поперечные сечения паяных соединений были подтверждены анализом состава SEM-EDS, при этом не было обнаружено никаких аномальных остатков галогенов или следов миграции серебра, что исключает возникновение коррозии под флюсом. Результаты испытаний состава припоя полностью соответствовали исходному соотношению SAC305, предоставленному Цзя Цзиньюанем, что указывает на то, что основной причиной проблемы является не сам материал, а недостаточная проектная избыточность пути накопления термомеханического напряжения, особенно отсутствие целевой оптимизации формы контактной площадки и резервирования процесса недостаточного заполнения для частых сценариев запуска и остановки в широком диапазоне температур.
