试验分析及设备应用服务

物理、机械环境试验

机械冲击试验的评估对象除了配件、配套组件以及配件材料外,还包含组装在印刷电路极板上的电子机械。评估标准一般是在运输或使用过程中将会遇到的瞬间性冲击。

针对配件进行试验的目的在于评估产品在相应冲击下的互换性;针对配套组件进行试验的目的,评估被组装在印刷电路极板的配件遇到物理冲击时所呈现的特点。该试验是为认证配件被冲击所受影响的一种破坏性试验。

机械冲击试验摘要

机械冲击试验将3项条件作为标准:所要求的最大冲击力、暴露时间、冲击量。

  • 最大冲击力是指冲击传达到产品时的最大加速度,误差范围为10%。
  • 暴露时间是指在最大冲击力之下从上升10%到下降10%之间的时间,误差范围为15%。
  • 冲击量是指以最大冲击力测量的波形重量,误差范围为10%。

若冲击波型直接向配件或配套组件传达冲击,应将产品牢固。
产品以6个轴(+X, -X, +Z, -Z, +Y, -Y)为准,每个轴适用5次,共为30次。 【条件1】
关于配套组件,若要求被冲击的弯曲现象,针对6个轴(+X, -X, +Z, -Z, +Y, -Y)分别适用2次,共适用12次。【条件2】

服务条件 最大冲击力 暴露时间 暴露时间 相应跌落高度
g ms cm/s in/s cm inches
H 2900 0.3 543 214 150 59
G 2000 0.4 499 197 127 50
B 1500 0.5 468 184 112 44
F 900 0.7 393 155 78.9 31
A 500 1.0 312 123 49.7 20
E 340 1.2 255 100 33.1 13
D 200 1.5 187 73.7 17.9 7
C 100 2.0 125 49.2 7.90 3

【条件1】需要对配件(单位元件)及配套组件表面要直接施加冲击时

服务条件 最大冲击力 暴露时间 冲击量 相应跌落高度
g ms cm/s in/s cm inches
1 109 8.0 544 214 151 60
2 108 7.5 506 199 130 51
3 107 7.0 468 184 111 44
4 105 6.5 426 168 92.6 36
5 103 6.0 386 152 75.9 30
6 95 5.8 344 135 60.3 24
7 86 5.6 301 118 46.1 18
8 72 5.4 243 95.6 30.0 12
9 67 5.3 222 87.3 25.1 10
10 61 5.2 198 78.0 20.0 8
11 54 5.1 172 67.7 15.1 6
12 45 5.0 140 55.3 10.1 4
13 39 5.0 122 47.9 7.6 3
14 32 5.0 100 39.3 5.1 2

【条件2】需要对配件(单位元件)及配套组件表面要直接施加冲击时

机械冲击试验
机械冲击试验
服务条件B:1500ºC 0.5ms冲击波型
服务条件B:1500ºC 0.5ms冲击波型

参考文献

  • JESD22-B110B “Mechanical Shock – Component and Subassembly”
Board Level Drop Test采用Mechanical Shock设备,方法类似于Mechanical Shock。该试验对试验板和其他准备事项均有规定,将产品做成daisy chain,主要分析solder joint。通过Drop test不仅可以持续监督质量,还可以与field上的不良相结合,作有用的data。自使用无铅(Pb-free)以来,对SJR的可靠性成为issue化,因而在携带用或电气设备领域要求经过该试验的评估。在规定的8张试验板上分别安装15个component,根据规定的peak acceleration、pulse duration、velocity change等施加stress。携带用产品所要求的标准条件如下:1500 G 的peak acceleration、0.5 ms波形pulse duration。

跌落试验摘要

试验条件 冲击跌落高度(inches/cm) 速度变化(in/s, cm/s) 最大加速(G) 脉冲持续时间(ms)
B 44 / 112 184 / 467 1500 0.5

参考文献

  • JESD22-B111 “Board Level Drop Test Method of Components for Handheld Electronic Products”
安装在跌落设备的标准板
安装在跌落设备的标准板

Vibration Test是对半导体产品施加规定频率范围内的物流性震动测试可靠性的试验。该试验将适用Mil-Std和JEDEC。

1)震动疲劳试验(Mil-Std-993 Method 2005)
2)可变振动试验(Mil-Std-883 Method 2007. (JESD22-B103))

上述两种试验虽然是分别加速不同形态不良机制的试验,但从多个角度来说是几乎一致的试验。
震动疲劳试验(method 2005)中应该有规律地施加规定水平的震动。试验后以外观检查和electrical test来判断fail/pass。关键是要将样品固定在震动版上,尤其要检查cable不应对试验造成影响。之后施加simple harmonic vibration,让产品经受该试验要求的试验条件最大加速度值。震动疲劳试验的话针对x、y、z轴施加32 ± 8小时的震动。

Variable frequency vibration试验(Method 2007)也同样需要如同震动疲劳试验一样的设备,试验准备过程也相似。实验准备结束后,施加Peak-to-peak波幅(amplitude)0.06 inch ±10%的simple harmonic vibration。
震动频率在20~2000 Hz的范围内以logarithmic方式改变。横插整个20~2000 Hz后再返还至20 Hz的时间应在几分钟之内。以这种方式针对X, Y, Z,每个轴分别sweep4次。(共12sweep)
振动试验结束后,以10~20倍率检查外壳、lead、seal以及外观,Marking状态应以3倍以内的倍率进行检查。

参考文献

  • Mil-Std883 Method 2005 “Vibration Fatigue”
  • JESD22-B103B “Vibration, Variable Frequency”
振动试验机及调节设备
振动试验机及调节设备

PCB板在组装工程或在实际使用环境下受到各种物理负荷。在工程、试验以及实际使用当中若PCB反复被弯曲(cyclic bend),将会发生trace crack、solder interconnection crack、component crack及electrical failure。
虽然在工程中实际被弯曲的次数不多,但被弯曲多少程度却是非常重要的因素。
相反,类似于使用者反复按下手机数字键盘的使用环境中,被弯曲的程度可能会微小,但被弯曲的次数会非常多。
因Component生产者凭最终产品评估不了实际Package性能,因此在板级状态下进行repeated bending test,相互比较数据,最终评估mounted component性能。
该试验提供用来试验的board(使用与携带产品用小配套组件跌落试验相同的试验板)规格,将产品做成daisy chain,监督电阻变化。
在四张板上分别安装9个component,试验到至少发生60%不良现象为止。(最大200,000 cycle)

Bending 시험

循环式弯曲试验摘要

媒介変数 建议事项 选择事项
支撑铁砧宽度(mm) 110 N/A
受负荷铁砧宽度(mm) 78 N/A
受负荷铁砧与配件之间的距离(从受负荷铁砧中央到最接近的配件边沿的最短距离)(mm) 10 N/A
最小铁砧半径(mm) 3 N/A
受负荷铁砧的垂直位移(mm) 2 最大 4 mm
负荷曲线 正选曲线 三角形
圆频率(Hz) 1 最大 3

参考文献

  • JESD22-B113 “Board Level Cyclic Bend Test”

Torque Test通常是为测量torque、评估“扭曲”而实行的试验
实际上产品在assembly工程或在board level状态下常常发生被设备或人扭曲的现象。
通过利用温湿度的环境试验,即使满足了一定水平的可靠性,但因为在物理环境下return的现象也经常发生,因此要提前预测好相应产品的组装/利用条件,进行合适的试验。

正在进行中的扭力试验
正在进行中的扭力试验

跌落试验(Drop Test)是评估产品状态或者产品已被包装好的状态下在运输过程中或因不注意而掉落时,产品遭遇突如其来的冲击显示何种反应的试验。这种试验会降低产品性能或者带来永久性损伤, 而通过反复试验,在Field发生与跌落现象相同的缺陷。并且使用3轴加速度计,测量包装内产品或向产品指定部位传达的冲击量(克),可以分析在Field发生的跌落现象对产品造成的影响。

该试验能覆盖到最高自由跌落高度84inch(213cm),使用能提供Steel和Concrete以及Wood Base Plate的设备。跌落方向可以是Flatness、Corner及Edge等多个角度,根据ASTM D5276-98试验规格,针对产品耐性及冲击量进行试验。不仅可以对半导体配件应用自由跌落试验,还可以在离Concrete Surface1.2m高的位置规定Package(MEMS Cavity Device)6轴跌落试验的AEC Q-100试验。

试验方法

  • 箱子跌落试验:产品包装好的状态下进行跌落试验
  • 产品跌落试验:直接对产品进行跌落试验
  • 配件落下试验:对单品(配件)进行跌落试验

参考文献

  • ASTM D5276-98 “Standard Test Method for Drop Test of Loaded Containers by Free Fall”
  • AEC Q-100 Test Group G “Cavity Package Integrity Tests”

跌落试验

낙하시험

跌落冲击测量传感器

낙하충격 측정센서
3-轴加速度计(型号:350B50)
高振幅、冲击、3轴、ICP®加速度计(0.5 mV/g、10公斤范围、二阶低通滤波器(-3dB /20 kHz)内装)

跌落试验方向

Corner Orientation
棱角方向
Edge Orientation
边沿方向
Flatness Orientation
平面方向

垫板种类

최상층 Wood Plate → 중간층 Concrete Plate → 최하층 Steel Plate
半导体配件生产后在长时间贮存中Lead及Terminal发生发热现象。该试验主要针对半导体配件的发热现象测试与焊料之间的接合特性。半导体Lead及Terminal发热在配件组装过程中降低整个焊接流程质量,这点直接关系到实际使用环境中发生不良原因。
有关焊接的不良倾向
有关焊接的不良倾向
Solderability试验方法有1)DIP & LOOK、2) SMD simulation、3) Wetting Balance。
试验方法d 贯通型 表面贴装器件
无铅 (Leadless) J形引线 海鸥翼状
Dip & Look 试验 O O O O
表面贴装器件虚拟试验 X O O O
Wetting Balance Solder Pot 试验 X O O O
根据不同半导体种类需要进行的Solderability试验

Dip & Look 试验

评估半导体Solderability的传统试验方法。将半导体Lead及Terminal浸入被融化的焊料之中,检查焊料涂布的状态。
为虚拟营造长时间贮存产品的环境(e.g.贮存仓库),进行预处理过程(以93 ℃ dry steam或在150 ℃进行16个小时BAKE)。将要进行试验的产品纵断面浸入到Flux后,连续往245 ℃焊料浸入5秒。以10倍以上的显微镜或放大镜观察,确认所要求的部位上是否涂布好95%以上的焊料及Dewetting、Nonwetting、pinhole与否。

浸入和观察试验方法
浸入和观察试验方法

表面贴装器件虚拟试验

针对SMD型半导体虚拟营造实际回焊环境,评估焊料接合性。
如同Dip & Look试验,首先进行预处理,再按基板上焊剂涂布、产品缺陷以及规格设定Reflow profile,进行SMD流程。此后,将半导体从基板分离出来后通过扩大检查判断是否确保95%以上的正常接合领域。

Solder paste 도포/제품 결합 ──Reflow Process ─→확대 검사(전/후)

Wetting Balance

Wetting Balance试验利用如同将纸放入水中,水渐渐渗入纸的空隙之中的原理,将金属放入其他金属之中。测量半导体Lead及Terminal对焊料的湿度,将此做成力量/时间的图表,判断再现性及湿度均衡时提供有效证据。

从试料被放入焊料的瞬间起,测量Solder推拉terminal的力量,将此试验结果做成图表。该试验能定量测试,比较material非常有效。

Wetting balance 시험기 & Wetting 곡선
Wetting balance试验器&Wetting曲线

Wetting balance试验器&Wetting曲线

  • JEDEC JEDS22-B102D “Solderability”
  • J-STD-002 “Solderability Tests for Component Leads, Terminations, Lugs, Terminals and Wires”