SMT焊点中对空洞的X射线分析结果进行比较

  IPC焊料产品价值协会（SPVC）通过一项可靠性研究来确定在装配、金相分析和基本特性、热冲击和温度循环中，无铅合金中的各种锡银铜（SAC）合金的性能是否相当。SPVC的结论是三种SAC合金的性能相差不多，建议把SAC 305作为电子行业选的无铅合金。这项研究的另一个结果是，在对使用SAC无铅焊膏的测试板进行分析时，检查出有空洞。在测试电路板上把空洞标了出来，但没有对它进行修补，在这种情况下，让测试电路板经受热冲击和温度循环。空洞也经历了热冲击和温度循环，SPVC还对焊点中空洞进行比较。

测试结果     

在环境试验后，这项研究对空洞的X射线分析结果进行了比较，比较了6000次温度循环后的失效情况，热冲击，对失效的焊点和正常的焊点都进行金相检查，并比较金相检查的结果。从这些比较，并且用若干不同的统计方法来比较温度失效数据和空洞位置和尺寸，我们可以清楚地看到，空洞不会对焊点的完整性产生任何影响。在每500次温度循环之后，把电路板拿出来，对每块电路板上的每个元件进行穿透性X射线成像。从这个图像我们可以看到，在SAC合金焊点中的空洞远远比锡铅合金焊点的多。就数量和大小而言，CSP84封装焊点中的空洞比其他阵列封装焊点的空洞多。使用经历了温度循环的封装的剖面图对空洞进行比较，我们看不到空洞与连接失效有什幺明显的关联。例如，在测试板A*的SAC 305焊点的剖面图上看到大空洞，但是，这并不能说明这些空洞会致使连接失效——虽说这个封装经历了4500次温度循环。

在无铅测试板A*上，对于间距为0.5mm的84个输入/输出CPS封装，温度循环引起的蠕变疲劳导致的焊点失效相当多，由此可以得到两个参数，即威布尔斜率（β）和特征寿命（η）值。

图中是CSP84封装失效分布的威布尔图。威布尔分布说明SAC合金焊点的特征寿命比锡铅焊点更长（SAC合金为4713到6810次温度循环，锡铅合金是1595次温度循环）。然而，在没有进行监测的电路板上，每500次温度循环的穿透式X射线图像和剖面图表明SAC合金焊点里的空洞比SnPb焊点里的空洞明显多很多，也大很多。正是由于这点，在进行了6000次温度循环后用X射线对每个CSP84封装进行检查。我们试图把空洞和出现失效的温度循环次数关联起来。

 结论

我们根据IPC SPVC关于SAC合金可靠性研究项目所提供的数据，来比较SAC连接中的空洞和出现失效的温度循环次数。我们用八种独立的统计分析方法（盒状图、单向ANOM、主要效果图、矩阵图等）来比较空洞超出连接面积的25%对应的出现失效时的循环次数，也比较了空洞总数对应的出现失效的温度循环次数。空洞分布与出现失效循环次数的比较结果表明空洞不会对焊点的可靠性产生影响。对焊点中空洞的数量和大小与温度循环数据中连接失效进行了比较，结论是：没有证据证明这类SAC合金焊点中的空洞会对焊点的可靠性产生影响。