Las pruebas de ciclos de temperatura no consisten simplemente en arrojar una PCBA a una cámara térmica y hacerla circular de un lado a otro; debe reproducir con precisión el proceso de acumulación de tensión de las uniones soldadas bajo repetidas expansiones y contracciones térmicas. Nuestra línea de producción JJY comúnmente utiliza un rango de temperatura extrema de -40 °C a +125 °C, con una única rampa de calentamiento/enfriamiento estrictamente controlada en 5 minutos y una permanencia de 15 minutos tanto a temperaturas altas como bajas para formar un ciclo completo. Esta configuración de parámetros está más cerca de los escenarios de servicio reales de PCBA de control industrial y automotriz que los requisitos convencionales de IEC 60068-2-14.
La falla de la unión soldada a menudo no ocurre como una fractura repentina, sino que comienza con microfisuras en la interfaz de la capa IMC, que se propagan gradualmente a medida que aumenta el número de ciclos. Durante el análisis de la sección transversal después del ciclo 300, encontramos que las placas que usaban soldadura SAC305 con una temperatura máxima de reflujo de solo 235 °C generalmente tenían una capa delgada de Cu6Sn5 con mala continuidad, mientras que las placas con una temperatura máxima estable de 245 °C mantenida durante más de 60 segundos tenían una capa de IMC densa y uniforme, con un inicio de grietas significativamente retrasado. Esto indica que el perfil de reflujo tiene un impacto decisivo en el rendimiento del ciclo térmico.
La secuencia de falla de las uniones de soldadura para diferentes componentes en la misma PCBA también sigue un patrón claro: las uniones de soldadura BGA generalmente fallan entre 120 y 150 ciclos antes que las uniones de soldadura QFP. La razón principal es que las uniones de soldadura BGA están completamente cubiertas por el paquete, tienen largas rutas de disipación de calor y una débil capacidad de liberación de tensión térmica. In Por el contrario, las uniones de soldadura de resistencia 0402 son las más resistentes a los ciclos, debido a su pequeña área de almohadilla, pequeño volumen de unión de soldadura y mayor capacidad de absorción de energía de deformación térmica. Por lo tanto, los resultados del ciclo térmico no pueden juzgarse únicamente por el criterio de aprobación/rechazo general; Se deben combinar análisis de rayos X y de secciones transversales metalográficas para localizar el punto de falla más temprano.
Durante las pruebas, descubrimos que las almohadillas con impresión offset de pasta de soldadura superior a 75 μm mostraron un aumento significativo en la tasa de vacíos después del ciclo 200, mientras que las uniones de soldadura con offset controlado dentro de 30 μm todavía no tenían anomalías de conectividad incluso después de 500 ciclos. Esto confirma que la coincidencia entre la precisión de la apertura de la plantilla y la presión de la escobilla de goma proporciona un apoyo fundamental para la vida útil del ciclo térmico. JJY actualmente establece el umbral de inspección SPI en una desviación del volumen de pasta de soldadura de ±9 % y un desplazamiento posicional ≤30 μm, que es una línea roja de proceso derivada del cálculo inverso basado en extensos datos de ciclos térmicos.
Las pruebas de rendimiento eléctrico después del ciclo térmico deben realizarse bajo carga; Las pruebas de continuidad con un multímetro en condiciones sin carga no pueden identificar en absoluto circuitos abiertos intermitentes causados por microfisuras. Requerimos un funcionamiento continuo durante 2 horas bajo voltaje nominal y corriente de carga antes de la verificación funcional. Hubo un lote de módulos de potencia que pasaron la inspección del 100 % a temperatura ambiente, pero activaron la protección OCP inmediatamente después del encendido después del ciclo térmico. El desmontaje reveló microfisuras en forma de anillo en las uniones de soldadura en la parte inferior del MOSFET, que solo exhibía un estado de alta resistencia bajo carga de tensión térmica.
