Мы не проводим термоциклические испытания паяльной пасты только для того, чтобы соответствовать требованиям отчета; Наша цель — выявить паяльные пасты, которые не проявляют никаких проблем после сотен часов работы на производственной линии, но при их установке на транспортные средства образуются холодные паяные соединения. Условия испытаний должны строго соответствовать сценариям конечного использования клиента. Например, в автомобильной электронике обычно используются температуры от -40 ℃ до 125 ℃, 1000 циклов, при этом скорость нагрева и охлаждения контролируется в пределах 10 ℃/мин. Любая печь с отклонением температуры, превышающим ±2℃, должна быть выключена для калибровки; в противном случае, как бы хорошо ни выглядели данные, они бесполезны.
Во время термоциклирования отказы паяных соединений часто возникают на межфазном слое IMC. In, в частности, после многократного теплового расширения и сжатия системы SnAgCu имеют тенденцию к ускоренному превращению Cu6Sn5 в Cu3Sn и укрупнению зерна, что, в свою очередь, вызывает распространение микротрещин. Паяльные пасты, модифицированные никелем или висмутом, демонстрируют более стабильную скорость роста интерметаллидов. Однако когда содержание никеля превышает 0,05%, риск засорения трафарета во время печати существенно возрастает. Таким образом, во время выбора данные термоциклирования должны оцениваться вместе с конструкцией отверстия трафарета, давлением ракеля и пиковой температурой оплавления при проверке DOE.
Измерения показывают, что характеристики термоциклирования одной и той же паяльной пасты сильно различаются в зависимости от поверхности печатной платы. Цикл отказа паяного соединения на платах OSP обычно более чем на 30% короче, чем на платах ENIG. Это связано с тем, что неравномерная толщина пленки OSP приводит к неравномерному локальному смачиванию во время оплавления, что приводит к раннему образованию трещин в точках концентрации термических напряжений. Хотя ENIG дороже, слой никеля может компенсировать несоответствие КТР между медной подложкой и паяным соединением. Эта разница особенно заметна при испытаниях в широком температурном диапазоне от -55℃ до 150℃.
Перед испытанием необходимо убедиться, что все образцы прошли стандартную пайку оплавлением без холодных или недостаточных паяных соединений. Охват рентгеновскими пробами должен составлять не менее 3% на партию. Партии с процентом ошибок AOI выше 0,5% напрямую отбраковываются, поскольку термоциклирование только усиливает первоначальные дефекты, а не маскирует их. Однажды мы столкнулись с партией паяльной пасты, все соединения которой треснули после 500 термоциклов. Исследование показало, что фактическая температура в третьей зоне печи оплавления была на 8 ℃ ниже заданного значения, в результате чего уровень внутренних пустот в паяных соединениях превысил стандарт. Такие проблемы не могут быть вызваны только данными о термоциклировании.
Анализ поперечного сечения после термоциклирования не может полагаться исключительно на макроскопическую морфологию паяного соединения; SEM+EDS необходимо использовать для количественного измерения толщины IMC, однородности состава и направления распространения трещин. In В частности, диагональные трещины под углом 45° вдоль края колодки часто являются результатом сочетания термического напряжения и механической вибрации. Такие сбои редко возникают только при испытаниях на хранение при высоких температурах; только термоциклирование может их разоблачить. Поэтому, когда клиентам требуется сертификация автомобильного уровня, термоциклирование всегда было обязательным порогом.
Мы рекомендуем включить термоциклическое тестирование на второй этап процесса нанесения паяльной пасты, начиная сразу после завершения базовой проверки пригодности для печати и проверки оплавления. Каждый раз следует запускать как минимум три параллельные группы проб, при этом одну группу следует сохранять в качестве резервной копии для повторных испытаний, чтобы избежать нарушения всего графика проверки из-за одного ненормального прерывания. В конце концов, производственная линия не может позволить себе ждать, а одно испытание на термоциклирование занимает от 7 до 20 дней, поэтому временной интервал должен строго контролироваться.
