为什么会这样?
核心原因是“热胀冷缩"的幅度不一样。 一个焊点连接着三种的材料:芯片/元器件、焊料、以及PCB板。它们的热膨胀系数(CTE)相差很大:
元器件(如芯片):热膨胀系数较低,受热时变化小。
PCB板(如FR-4材料):热膨胀系数较高,受热时变化大。
焊料合金:系数介于中间。
当温度剧烈变化时,这三种材料“步调不一",焊点作为连接界面,就会反复承受剪切和拉扯的应力。每一次温差变化,都相当于一次“拉锯战",这种循环应力会导致焊点发生蠕变和疲劳,最终在应力最集中的地方萌生微裂纹,并随着温差反复而逐渐扩大,直至断裂。
冷热冲击比普通温变更“狠"
普通的温度循环可以认为产品各部分的温度基本一致,而冷热冲击的温度变化速率极快(通常大于10℃/min,甚至达到秒级切换)。这会导致样品内部形成巨大的温度梯度——表层已经冷/热透,内部却还没反应过来。
这种不均匀的膨胀和收缩,会产生比普通温变大得多的附加热应力,甚至可能引发在缓慢温度变化中根本不会出现的失效形式。这也是为什么它总在温差大的时候出问题。
如何判断“这一关"过没过?
正如你所怀疑的,要验证焊点能否扛住温差,就必须让它经历特定的“考试"——也就是冷热冲击试验(Thermal Shock Test, TST) 或温度循环试验(Temperature Cycling Test, TCT)。
这通常需要依据一系列标准,比如:
JEDEC JESD22-A104:最基础、泛引用的温度循环标准。
IPC-9701A:专门针对板级焊点可靠性的标准。
MIL-STD-883H 方法1010.9:军工、航天领域高可靠性的“黄金标准"。
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