
為什么會這樣?
核心原因是“熱脹冷縮"的幅度不一樣。 一個焊點連接著三種的材料:芯片/元器件、焊料、以及PCB板。它們的熱膨脹系數(shù)(CTE)相差很大:
元器件(如芯片):熱膨脹系數(shù)較低,受熱時變化小。
PCB板(如FR-4材料):熱膨脹系數(shù)較高,受熱時變化大。
焊料合金:系數(shù)介于中間。
當溫度劇烈變化時,這三種材料“步調不一",焊點作為連接界面,就會反復承受剪切和拉扯的應力。每一次溫差變化,都相當于一次“拉鋸戰(zhàn)",這種循環(huán)應力會導致焊點發(fā)生蠕變和疲勞,最終在應力最集中的地方萌生微裂紋,并隨著溫差反復而逐漸擴大,直至斷裂。
冷熱沖擊比普通溫變更“狠"
普通的溫度循環(huán)可以認為產品各部分的溫度基本一致,而冷熱沖擊的溫度變化速率極快(通常大于10℃/min,甚至達到秒級切換)。這會導致樣品內部形成巨大的溫度梯度——表層已經冷/熱透,內部卻還沒反應過來。
這種不均勻的膨脹和收縮,會產生比普通溫變大得多的附加熱應力,甚至可能引發(fā)在緩慢溫度變化中根本不會出現(xiàn)的失效形式。這也是為什么它總在溫差大的時候出問題。
如何判斷“這一關"過沒過?
正如你所懷疑的,要驗證焊點能否扛住溫差,就必須讓它經歷特定的“考試"——也就是冷熱沖擊試驗(Thermal Shock Test, TST) 或溫度循環(huán)試驗(Temperature Cycling Test, TCT)。
這通常需要依據(jù)一系列標準,比如:
JEDEC JESD22-A104:最基礎、泛引用的溫度循環(huán)標準。
IPC-9701A:專門針對板級焊點可靠性的標準。
MIL-STD-883H 方法1010.9:軍工、航天領域高可靠性的“黃金標準"。
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