VMR專題-板級溫度循環瞬斷試驗

作者:江志宏

說明：

溫度循環試驗是目前無鉛焊材、SMD零件可靠性與壽命試驗最普遍使用方法之一，評估SMD表面黏著零件及銲點，在可控制溫度變率的冷熱溫度循環疲勞效應下，讓焊點材料產生塑性變形與機械疲勞的情形，用以了解焊點及SMD潛在性危害及故障因素，零件與銲點之間菊花鏈圖串連起來，測試過程透過高速瞬斷量測系統，偵測線路、零件、銲點之間的導通與斷路，滿足了對電氣連接可靠性測試的需求，用以評斷焊點、錫球及零件是否失效，此試驗並非真正模擬實際情況，其目的在施加嚴苛應力並加速老化因子於待測物上，以確認產品設計或製造是否正確，進而評估元件焊點的熱疲勞壽命，電氣高速瞬斷連接的可靠性測試，成為了保證電子系統正常運轉和避免不成熟系統故障引起電氣連接失靈的關鍵一環，在加速溫度變化與震動測試下觀察到短時間內所發生的電阻變化。

📌 實務案例

工程團隊針對車用 PCB 依 JESD22-A104 設定 −40↔125°C、Ramp 20°C/min、駐留 10 min 的溫度循環條件，並使用菊花鏈電路結構與高速瞬斷系統進行導通監測。測試過程中於第 420 次循環觀察到電阻異常上升，判定為焊點疲勞裂痕初始。 隨後在 IPC-9701 對照下分析失效樣本截面，確認銲料蠕變裂紋與介面 IMC 延伸。工程團隊依據分析結果調整焊膏組成與回焊曲線，後續循環壽命延長約 30%，驗證改善成效。

目的：

1.確保設計、製造和組裝的產品滿足預定的要求
2.透過熱膨脹差引起銲點蠕動應力鬆弛、SMD斷裂失效
3.溫度循環的最高測試溫度應該低於PCB材料的Tg溫度25℃，避免代測品遭受不只一種的的破壞機制
4.溫變率在20℃/min為溫度循環，溫變率超過20℃/min則為溫度衝擊
5.銲點動態量測間隔不超過1min
6.失效判定高溫低溫駐留時間需量測5筆讀值

要求：

1.代測品溫度總時間在額定最高溫度和最低溫度的範圍內，駐留時間的長短對於加速試驗很重要，因為在加速試驗過程中駐留時間不夠，會讓蠕變過程不完整
2.駐留時間的溫度需高於Tmax溫度、低於Tmin溫度

可參考規範列表：

IPC-9701、IPC650-2.6.26、IPC-SM-785、IPCD-279、J-STD-001、J-STD-002、J-STD-003、JESD22-A104、JESD22-B111、JESD22-B113、JESD22-B117、SJR-01，

焊錫強度溫度循環條件整理表：

案例：0←→100℃/駐留10min、Ramp：20/℃min 溫度循環試驗條件：

溫度循環試驗的溫變率定義曲線：

溫度循環試驗的空氣曲線與測試PCB表面溫度曲線：

案例：125℃←→-40℃/駐留10min、Ramp：20/℃min：

導通電阻量測失效紀錄：

菊花鏈＆導通孔測試電路圖參考： PBGA菊花鏈

BGA菊花鏈圖：

導通孔測試電路圖：

導通孔測試電路與失效示意圖：

車用PCB溫度循環瞬斷試驗電路板：