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　　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作为电子行业首选的无铅合金。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?？斩匆簿巳瘸寤骱臀露妊?，SPVC还对焊点中空洞进行比较。

关于焊点的争论

　　电子制造行业公认的是，通常在x光照片中看到的空洞，可能是把焊点划作不合格的一个因素：特别是当空洞的大小超过焊点的25%时──尤其是在bga里出现空洞的情况下。

　　对于焊点中的空洞，电子装配业一直存在争议。随着向无铅的转变，争议越来越激烈。原因是无铅焊点比锡铅焊料更容易形成空洞;而且在SAC合金中，空洞的百分比要比其他无铅合金高。

测试方案

　　在IPC SPVC测试项目中使用两种无铅电路板进行测试：无铅测试板A*和无铅测试板B**。这两种测试板所用的焊膏不是专门挑选的，但使用同样的助焊剂。这样?龅牡哪勘晔俏?私飧髦趾辖鹬?涞牟畋稹N颐敲挥姓攵院父喽怨ひ战?杏呕??

　　在无铅测试板A*中，使用三种SAC合金焊膏装配的所有电路板上都看到空洞，面积超过25%，其中，特别是间距为0.5mm的CSP84无铅元件。用锡铅合金装配的电路板，明显地存在空洞，但是，用锡铅合金装配的间距为0.5mm的CSP84元件上，空洞面积不到25%。

　　在无铅测试板B**上，在使用SAC合金装配的所有电路板上都看到空洞面积超过25%。在电路板上，Pbga196、C-CSP224和晶片级封装CSP8的空洞几乎都超过的25%。

　　为了确定空洞对焊点可靠性的影响，IPC SPVC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。

　　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。

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。

　　图1 测试板A上的CSP84封装的威布尔2-P分布。

　　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1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。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。

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?？斩捶植加氤鱿质а反问谋冉辖峁砻骺斩床换岫院傅愕目煽啃圆跋?。

　　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。

　　* Solectron公司提供的测试板A：160块，是六层、厚度为93密耳的印刷电路板，上面有72个元件。

　　** Flextronics公司提供的测试板：160块，是双面印刷电路板，上面有260个元件。