SMT焊点中的空洞

    一般说来在电子制造行业的x光照片中看到的空洞，那么就把焊点划作不合格的一个因素，因此华创科技针对SMT焊点中的空洞进行了研究，通过研究发现：使用SAC无铅焊膏的测试板进行分析时，检查会有空洞出现。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。

    为了确定空洞对焊点可靠性的影响，华创科技采用的测试方案包括整个行业普遍认可的常规温度循环和热冲击。对两组测试板都进行了环境试验，在测试期间，对它们的功能进行监测。测试板中包括两家公司的电路板，每家公司的测试板有四组，每组四十块，分别使用三种SAC焊料合金成分，以及一种低熔点（锡铅）焊料，以便对比。每组都拿出一块板来进行破坏性金相分析，这块试验板没有参加温度循环研究。 

    华创科技所使用的温度循环方案反映了IPC测试方法。这个温度循环方案首先在低温（0℃）保持十分钟，然后，温度缓慢上升至100℃，接着在这个高温下保持十分钟的时间，然后，渐渐回到低温状态。整个温度循环通常大约需要60分钟。循环时间与炉温上升的时间和测试板温度稳定过程有关。

    热冲击测试方案和JEDEC规定的很相似，它先在低温（-55℃）保持五分钟的时间，然后在高温（125℃）保持十分钟的时间，然后再回到低温。总的循环时间大约在20分钟左右。这个循环过程连续地重复进行。对两组测试件的样品，每组进行了500次温度循环就进行金相分析。

    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。从上述事实来看，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。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。图2是威布尔值和η值。这些统计结果取自24个CSP84封装和60个CSP84封装，24个CSP84封装是IPC SPVC可靠性测试的一部份，60个CSP84封装是测试板A可靠性测试的一部份。在一个分析中，使用普通的再熔工艺进行装配的SAC387焊点里有较大的空洞。然而，焊点的特征寿命并不存在特别明显的差别。 

    华创科技根据测试关于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。

    华创科技对SMT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，得出的结论是：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。