[发明专利]焊点可靠性测试方法及其插针装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种PCB板的可靠性测试方法，尤其涉及一种常温下批量插拔针的可靠性测试方法及其装置。

背景技术

近年来在电子制造领域，印刷电路板(PCB)的焊盘在机械应力下与PCB 基板的分离，即所谓的“坑裂”或“pad cratering”作为一种越来越常见的失效模式而引起了广泛的关注。导致这一现象出现的原因之一就是无铅工艺的广泛应用，无铅焊接回流温度高，对PCB 板子的热冲击大。而且PCB 本身材料也为了无铅工艺进行了改进，从采用由双氰胺(或简称Dicy)作为固化剂改为采用基于苯环的酚醛树脂(phenolnovolac或简称phenolic)作为固化剂。新的材料导致了PCB 的基体材料变得更脆，从而降低了其本身的抗坑裂强度。此外，包括锡银铜(SnAgCu)在内的无铅焊料，其强度普遍高于有铅焊料，在机械冲击下会将更多的能量载荷传递至焊球下的焊盘与PCB 部分，导致了坑裂失效的大量出现。

焊盘的拉脱及坑裂现象已经成为电子器件板级测试中最主要的失效模式，引起了广泛的关注，并PCB坑裂失效的测试标准(IPC-9708)也已经于2010年底颁布，该标准提出了三种检测焊盘坑裂强度的实验方法。分别是高温拔针测试(Hot Pin Pull Test)，焊球拉拔测试(Ball Pull Test)以及焊球剪切测试(Ball ShearTest)。其中又以高温拔针测试，因其可灵活应用于不同规格的焊盘、进行不同角度的拉力试验，在行业中的应用最广。

高温拔针测试。首先，在待测PCB板上，需要将焊球经过回流焊制成固定在焊盘上。然后，使用专门的插针设备，针对PCB板上一个固定在焊盘上的焊球插针，插针时加热针和焊球，使针能与焊球进行刚性焊接。对每个焊盘插针都要经历前述流程。最后，针和焊球冷却固定为一体，进行拔针测试，得到焊盘坑裂强度，综合所有焊盘的测试数据评估PCB板的可靠性。

对于高温拔针测试，主要包括三个步骤：一、插针（测试的前期准备）；二、拔针测力；三、整理测试数据，评估样品可靠性。行业目前用于拔针、测试拔针强度的设备已十分普遍，拔针的注意事项、操作流程也已形成通识，而最后一步的数据处理、评估过程凭借已有的理论模型便可完成。因此对于高温拔针测试的进行和精确性，关键在于作为测试前期准备的插针过程。

现有的高温拔针测试，从其实验流程看有明显的缺陷：1. 针要逐个焊至待测的焊盘上，重复作业导致作业成本高;并且，插一根针时，插针设备将焊盘或锡膏上的针局部加热，使其插入到熔融焊料中，插入后需要一个冷却过程使针和焊料产生固态连接，花费时间长（每根针焊接至待测焊点需花费5~6分钟）。

2. 热针拉力测试中，由于采用无铅焊接工艺，回流温度高，给PCB板带来严重的热冲击，并且由于针逐根焊接作业，这种热冲击在整个PCB板上分布是不均匀、不可测的，严重影响焊点坑裂测试结果的准确性。

3. 需要采用专门的热针拉力测试设备，设备价格昂贵。

4. 加热插针过程没有定标导引工具，精确度和可靠性全在于机械臂的预设精度，容易带来插针位置的不稳定性。

现有的常温拔球测试(Ball Pull Test)，也有局限性：1. 拔球时球与焊盘间的相互作用并不只有拉伸，还会有横向剪切力的干扰，不利于推测焊盘的可靠性。

2. 由于拔球方向只能垂直于焊盘，实验仅能测出拔球时垂直的力，无法测出其他各个方向的力。

因此，迫切需要发明一种测试方法，在焊盘可靠性测试中，最好可以实现焊盘批量插针、迅速插针，并且不需要借助专用、昂贵的插针设备。新方法也尽量要避免逐个焊盘插针时，局部加热带来的热冲击。

 

发明内容

要解决的技术问题：需要发明一种测试方法，在焊盘可靠性测试前期准备中，最好可以实现焊盘批量插针、迅速插针，并且不需要借助专用、昂贵的插针设备。新方法也尽量要避免逐个焊盘插针时，局部加热带来的热冲击。插针完毕后，针应该垂直位于焊球的正中央，否则拔针时会有额外的剪切力产生，影响最终测试结果。

因此，要设计一种插针装置，使用该插针装置，可以一次性将与待测PCB板上的焊盘相同数量的针插至待测PCB板上，取代目前高温拔针测试中逐根进行加热插针的方法。