Thử nghiệm chu kỳ nhiệt độ không chỉ đơn giản là ném PCBA vào buồng nhiệt và đạp qua lại; nó phải tái tạo chính xác quá trình tích tụ ứng suất của các mối hàn dưới sự giãn nở và co lại nhiệt lặp đi lặp lại. Dây chuyền sản xuất JJY của chúng tôi thường sử dụng phạm vi nhiệt độ khắc nghiệt từ -40°C đến +125°C, với một đoạn gia nhiệt/làm mát duy nhất được kiểm soát chặt chẽ trong vòng 5 phút và dừng 15 phút ở cả nhiệt độ cao và thấp để tạo thành một chu trình hoàn chỉnh. Cài đặt tham số này gần với các kịch bản dịch vụ thực tế của PCBA điều khiển ô tô và công nghiệp hơn so với các yêu cầu thông thường của IEC 60068-2-14.
Lỗi mối hàn thường không xảy ra dưới dạng gãy đột ngột mà bắt đầu bằng các vết nứt nhỏ ở giao diện lớp IMC, chúng lan truyền dần dần khi số chu kỳ tăng lên. Trong quá trình phân tích mặt cắt ngang sau chu kỳ thứ 300, chúng tôi nhận thấy rằng các bo mạch sử dụng chất hàn SAC305 với nhiệt độ nóng chảy tối đa chỉ 235°C thường có lớp Cu6Sn5 mỏng với độ liên tục kém, trong khi các bo mạch có nhiệt độ đỉnh ổn định 245°C được duy trì trong hơn 60 giây có lớp IMC dày đặc và đồng nhất, với khả năng bắt đầu vết nứt bị trì hoãn đáng kể. Điều này cho thấy cấu hình chỉnh lại dòng có tác động quyết định đến hiệu suất chu trình nhiệt.
Trình tự hỏng hóc của các mối hàn đối với các thành phần khác nhau trên cùng một PCBA cũng tuân theo một mô hình rõ ràng: Các mối hàn BGA thường hỏng sớm hơn 120 đến 150 chu kỳ so với các mối hàn QFP. Nguyên nhân chính là do các mối hàn BGA được bao bọc hoàn toàn bởi gói, có đường tản nhiệt dài và khả năng giải phóng ứng suất nhiệt yếu. Tương phản In, các mối hàn điện trở 0402 có khả năng chịu chu kỳ tốt nhất do diện tích miếng đệm nhỏ, thể tích mối hàn nhỏ và khả năng hấp thụ năng lượng Biến dạng nhiệt mạnh hơn. Do đó, kết quả chu trình nhiệt không thể được đánh giá chỉ bằng việc đạt/không đạt tổng thể; Phân tích mặt cắt ngang bằng tia X và kim loại phải được kết hợp để xác định điểm hư hỏng sớm nhất.
Trong quá trình thử nghiệm, chúng tôi nhận thấy rằng các miếng đệm có độ lệch In dán hàn vượt quá 75μm cho thấy tỷ lệ khoảng trống tăng đáng kể sau chu kỳ thứ 200, trong khi các mối hàn có độ lệch được kiểm soát trong phạm vi 30μm vẫn không có bất thường về kết nối ngay cả sau 500 chu kỳ. Điều này xác nhận rằng sự phù hợp giữa độ chính xác của khẩu độ stencil và áp suất của chổi cao su mang lại sự hỗ trợ cơ bản cho tuổi thọ của chu trình nhiệt. JJY hiện đặt ngưỡng kiểm tra SPI ở độ lệch khối lượng kem hàn là ±9% và độ lệch vị trí ≤30μm, đây là một đường màu đỏ của quy trình bắt nguồn từ tính toán ngược dựa trên dữ liệu chu trình nhiệt mở rộng.
Thử nghiệm hiệu suất điện sau chu kỳ nhiệt phải được tiến hành dưới tải; kiểm tra tính liên tục bằng đồng hồ vạn năng trong điều kiện không tải hoàn toàn không thể xác định được các mạch hở không liên tục do các vết nứt nhỏ gây ra. Chúng tôi yêu cầu hoạt động liên tục trong 2 giờ dưới điện áp định mức và dòng tải trước khi kiểm tra chức năng. Có một loạt mô-đun nguồn đã vượt qua quá trình kiểm tra 100% ở nhiệt độ phòng nhưng đã kích hoạt bảo vệ OCP ngay khi bật nguồn sau chu kỳ nhiệt. Quá trình tháo rời cho thấy các vết nứt nhỏ hình vòng trong các mối hàn ở đáy MOSFET, chúng chỉ thể hiện trạng thái điện trở cao khi chịu tải ứng suất nhiệt.
