IPC-9701《表面貼裝焊接連接的性能測試方法與鑒定要求》中制定了詳細的測試方法來(lái)評估表面組裝焊接連接的性能與可靠性。

已經(jīng)貼裝到PCB上的表面組裝元器件的可靠性，取決于焊接連接的完整性及元器件與PCB之間的交互作用。

為了確保smt加工廠(chǎng)的表面組裝件焊接連接達到在具體使用環(huán)境中的可靠性預期值，即使采用了適當的可靠性設計方法，通常也要確認其在一些具體應用中的可靠性。因為焊料的蠕變與應力松弛特性與時(shí)間有關(guān)，所以在加速測試中疲勞破壞與疲勞壽命通常與實(shí)際情況有所不同。但通過(guò)適當的加速度因子，可從加速測試結果估算出產(chǎn)品的可靠性。

1、可靠性

產(chǎn)品（表面組裝焊接連接）在規定的條件下和規定的時(shí)間內，焊點(diǎn)可接受的失效程度范圍內，實(shí)現規定產(chǎn)品功能的能力。

2、蠕變

和時(shí)間相關(guān)的黏塑性形變。蠕變是外加應力和溫度的函數。

3、應力松弛

隨時(shí)間發(fā)生的從彈形應變產(chǎn)生的黏塑性變形導致焊料中應力減少的現象。

4、焊料蠕變疲勞模型

蠕變疲勞模型是一個(gè)基于經(jīng)驗數據模型，用來(lái)評估焊點(diǎn)在經(jīng)歷周期性的蠕變-疲勞條件下的壽命?？煽啃詼y試的結果，產(chǎn)品的可靠性和加速系數可以用Engelmaier-Wild模型或其他已驗證的適用模型來(lái)估算。

在Engelmaier-Wild焊點(diǎn)疲勞模型中，用變量疲勞性指數定義了曲線(xiàn)的特征斜率，該曲線(xiàn)把焊料的疲勞壽命與循環(huán)黏塑性應變能量聯(lián)系起來(lái)。相比于無(wú)蠕變金屬確定的Coffin-Manson方程中的不變指數，變量疲勞性延展性指數是通過(guò)經(jīng)驗確定的，并且是時(shí)間和溫度的函數。

5、不均勻熱膨脹

 在smt加工廠(chǎng)產(chǎn)品工作或可靠性測試中，因溫度變化而產(chǎn)生的不同材料之間的熱膨脹和收縮差異，稱(chēng)之不均勻熱膨脹。熱膨脹或收縮的程度用材料的熱膨脹系數（CTE）來(lái)衡量。公認的不均勻熱膨脹形式有兩種。

（1）“整體”熱膨脹失配：smt加工廠(chǎng)的元器件和基板之間的熱膨脹失配。

（2）“局部”熱膨脹失配：smt加工廠(chǎng)的材料本身和其要焊接的材料之間的熱膨脹失配。

    1.  加速可靠性測試

加速測試是通過(guò)加速所關(guān)注的使用條件下的某種失效機理面導致產(chǎn)品在比實(shí)際使用壽命更短的時(shí)間內發(fā)生失效。雖然加速測試結果來(lái)自較短的循環(huán)周期成更惡劣的載荷條件，但必須避免其他無(wú)關(guān)的失效機理。產(chǎn)品的服務(wù)壽命可以通過(guò)合適的加速因子來(lái)評估。

2.  溫度循環(huán)(也稱(chēng)熱循環(huán))

組件暴露在周期性的溫度變化過(guò)程中，溫度變化率足夠慢以避免熱沖擊(通常< 20ºC/min。)

溫度循環(huán)的最高溫度應比pcb板材的玻璃化溫度(T)值低25C。

必須注意的是，當溫度循環(huán)的溫度在-20ºC以下或110ºC以上，或同時(shí)包含上述兩種情況時(shí)，對錫鉛焊接連接可能產(chǎn)生不止一種損傷機理。這些機理傾向于彼此相互加速促進(jìn)，從而導致早期失效。

3.  熱沖擊

當組件暴露在溫度快速變化的條件(在零1組件內引起隨時(shí)溫度梯度、翹曲以及應力)時(shí)會(huì )發(fā)生熱沖擊。熱沖擊的溫度變化率通常大于20C:/min。

4.  功率循環(huán)

對于經(jīng)常被接通/斷開(kāi)電源的電子元器件而言，功率循環(huán)測試可能比溫度循環(huán)測試更能夠準確地模擬現場(chǎng)使用條件。

溫度循環(huán)測試溫度曲線(xiàn)（見(jiàn)下圖）

參數

（1）循環(huán)溫度范圍/幅度：在產(chǎn)品工作或溫度循環(huán)測試過(guò)程中最高與最低溫度的差異。見(jiàn)上圖和表1-7、表1-8。

（2）樣品溫度（T_s）:溫度循環(huán)期間的樣品溫度，通過(guò)黏附于或埋入樣品的熱電偶或等效的溫度測試儀器來(lái)測量。在連接方法中使用的熱電偶或等效的溫度儀器應該確保樣品整體都能夠達到溫度極限和停留/保溫要求。

    （3）最高樣品溫度T_s（max）:測量得到的樣品所經(jīng)受最高溫度。

（4）最高標稱(chēng)溫度T_（max）:具體測試條件下的最高標稱(chēng)溫度是所要求的最高樣品溫度。

（5）最低樣品溫度T_s（min）:測量得到的樣品所經(jīng)受最低溫度。

（6）最低標稱(chēng)溫度T_（min）:具體測試條件下的最低標稱(chēng)溫度是所要求的最高樣品溫度。

（7）停留/浸泡時(shí)間T_o:樣品溫度在規定的最高標稱(chēng)溫度或最低標稱(chēng)溫度及其允許溫度范圍內的總時(shí)間。停留時(shí)間對加速測試尤為重要，因為在加速測試中蠕變過(guò)程尚未充分完成。停留過(guò)程允許修正不充分的蠕變效應，因為產(chǎn)品在工作條件下的溫度循環(huán)通常都足夠長(cháng)以允許在每個(gè)循環(huán)停留中蠕變過(guò)程都是完整的。

（8）停留/保溫溫度:高于循環(huán)頂部最高標稱(chēng)溫度或低于循環(huán)低部最低標稱(chēng)溫度的溫度。  （9）循環(huán)時(shí)間:一個(gè)完整溫度循環(huán)的設計如圖1-91所示。

（10）溫度斜率:樣品在單位時(shí)間內溫度上升或下降的速度。應該在溫度曲線(xiàn)的線(xiàn)性部分測量溫度斜率, 即通過(guò)在具體測試溫度范圍的10%~ 90%之間測量。

  注意:斜率與負載有關(guān)，加上被測試負載后，應該對斜率進(jìn)行驗證。

   表面組裝產(chǎn)品類(lèi)型和最?lèi)毫邮褂铆h(huán)境見(jiàn)表1-7。

   在強制條件的強制與首選測試參數見(jiàn)表1-8。 

能夠替代試驗驗證的焊點(diǎn)可靠性評估的分析與計算模型還沒(méi)有完整地建立起來(lái)。因此，元器件的終端用戶(hù)越來(lái)越多地利用試驗和計算的焊點(diǎn)可靠性理論來(lái)估算實(shí)際的現場(chǎng)壽命。

需要考慮兩個(gè)加速因子。

( 1 ) AF (N):與焊點(diǎn)的循環(huán)疲勞壽命有關(guān)，在給定的使用環(huán)境中產(chǎn)品壽命的測試中獲得。

( 2) AF (MTTF):與焊點(diǎn)的失效時(shí)間有關(guān)，在給定的使用環(huán)境中產(chǎn)品壽命的測試中獲得。

根據失效周期，加速因子可表示為

AF (N)=N_f(產(chǎn)品)/N_f(測試)

公式中:N_f(產(chǎn)品)是使用中產(chǎn)品的平均疲勞壽命，N_f (50%)。N_f(測試)是測試模擬產(chǎn)品的測試板的平均疲勞壽命，N_f(50%)。

根據失效時(shí)間，加速因子可表示為

AF (MTTF)=AF (N)f產(chǎn)品)/f測試)

公式中:f(測試)為測試的循環(huán)數，f(產(chǎn)品)為使用中的循環(huán)數。

給定元器件組件在四種測試條件和四種典型使用條件下的平均疲勞壽命與加速因子見(jiàn)表1-9。

 所有加速試驗的關(guān)鍵是獲得加速因子，根據加速因子求得使用環(huán)境下的壽命。所謂模型，即試驗因子的計算公式或表格。

工作中需要掌握:

( 1 )通過(guò)試驗預測壽命。

(2 )通過(guò)試驗復現失效。

(3 )通過(guò)試驗暴露不良與短板。

(4 )通過(guò)試驗了解性能。

有鉛焊點(diǎn)經(jīng)歷了數十年的理論積累，其疲勞、蠕變性能已有深人認識，已經(jīng)形成了被廣泛認可的疲勞壽命模型，如MansonCoffi Nrris-Landzberg等模型;AT&T Bell Lan等機構對模型進(jìn)行了修正，能較準確地預測產(chǎn)品的使用壽命。

而無(wú)鉛焊點(diǎn)在疲勞、蠕變甚至結晶等諸多方面表現出了差異：蠕變速率較慢(見(jiàn)圖1-92)，甚至隨時(shí)間而變；ATC的疲勞壽命數據差異極大，與老化條件、Dwell time、焊點(diǎn)尺寸等非常敏感，甚至SAC387與SAC305之間的差異也超出人們的預期。問(wèn)題似乎與SAC的非共品結品特性、Sn的各向異性生長(cháng)(見(jiàn)圖1-93 )、不同尺寸焊點(diǎn)的過(guò)冷情況等有關(guān)，但仍需要更多的探索。

UIC、Cisco、Intel等機構對有鉛無(wú)鉛混裝焊點(diǎn)的工藝與可靠性的長(cháng)期研究表明，混裝焊點(diǎn)的可靠性仍然低于有鉛焊點(diǎn)，見(jiàn)圖1-95所示。