温度循环与温度冲击试验依据规范进行待测品表温控制(JEDEC22-A104、AEC-Q100、LV124、ED-4702A)

作者:江志宏

说明：早期温度循环试验都只有看试验炉的空气温度，目前依据相关国际规范的要求，其温度循环试验的温变率，指的不是空气温度而是待测品表面温度(如试验炉的空气温变率是15℃/min，可是待测品表面所量到的实际温变率可能只有10～11℃/min而已)，而且会其升降温的温变率也需要对称性、重复性(每一个cycle的升降温波形都一样)、再线性(不同负载温变升降温速度一致，不会有的快有的慢)，另外在半导体先进制程中的无铅焊点与零件寿命评估，针对温度循环测试及温度冲击也有许多要求，所以可见其重要性(如：JEDEC-22A-104F-2020、IPC9701A-2006、MIL-883K-2016)，电动车与车用电子的相关国际规范，其主要试验也是依据待测品表面的温度循环试验(如：ISO16750、AEC-Q100、LV124、GMW3172)。

规范针对待测品表面温度循环控制要求整理：
1.样品表面温度与空气温度差越小越好
2.温度循环升降温皆须过温(超过设定值，但是不可超过规范要求上限)
3.样品表面在最短时间内进入浸泡时间(浸泡时间与驻留时间不同)

庆声热应力试验机(TSC)在待测品表温控制的温度循环试验中特色整理：
1.升降温可以选择[空气温度]或是[待测品表温控制] ，符合不同规范要求
2.升降温温变率可选择[等均温]还是[平均温]，符合不同规范要求
3.升温与降温的温变率偏差可分开设定
4.可设定升降温的过温偏差，符合规范要求
5.[温度循环]、[温度冲击]皆可以选择表温控制

IPC对待测品温度循环试验的要求：

对PCB要求：温度循环的最高温度应比PCB板材的玻璃转移点温度(Tg)值低25℃。
对PCBA要求：温变率要求15℃/min
对焊锡要求：
1.当温度循环温度在-20℃以下、110℃以上，或同时包含上述两种情况时，对锡铅焊接连接可能产生不止一种损伤机理。这些机理倾向于彼此相互加速促进，从而导致早期失效。
2.在温度缓变过程中，试样温度与测试区空气温度差应该在几度范围内

对车规要求：依据AECQ-104使用TC3(40℃←→+125℃)或TC4(-55℃←→+125℃)符合汽车引擎室的使用环境

IPC对驻留时间与温度的定义

 

 

JESD-22-A104F-2020温度循环试验条件与焊点导通试验要点：

要点：
1.选择测试条件需格外小心，因为试验温度可能导致PCB导通孔与铜线开裂，从而影响焊点导通量测的相关读值。
2.导通焊点疲劳测试时，重要是避免样品出现瞬间热梯度 。

 

JEDEC-22A-104F-2020温度循环试验条件与焊点导通试验要点：

驻留温度：Ts(max)的+5℃～-10℃、Ts(min)的-5℃～+10℃
驻留段总时间：Ts(max)的-5℃～+10℃、Ts(min)的+5℃～-10℃

温变率：空气温度为样品表面温度的[升温(-5℃～+10/+15℃)、降温(+5℃～-10/-15℃)]
温度循环可暂停最短时间：JESD 47要求总循环数的10%以上

 

ED-4702A温度循环条件整理表

 

SMD锡焊性能测试方法与鉴定要求

 

太阳能模块依据待测品表面温度控制规范

 

IEC60068-2-14温度变化试验后续动作

原因：
IEC60068-2-14试验方法最好视为系列试验中之一部份，因为有些失效在试验方法结束后不一定会马上显现。 

后续需进行的试验项目：
IEC60068-2-17密封性试验
IEC60068-2-6正弦振动
IEC60068-2-78稳态湿热
IEC60068-2-30湿热温度循环

MIL883K-2016温度冲击条件C示范对[温度冲击]要求
1.空气温度到达设定值之后，代测品表面需要在16分钟内也要到达(驻留时间不少于10min)。
2.高温与低温冲击都是超过设定值，但不可超过10℃。

 

庆声控制器选择等均温(ESS)与平均温(RAMP)功能

说明：控制器可让使用者选择升降温的温变率，是要采用等均温(IEC60068-2-14Nb、IEC61747-5)还是平均温(JEDEC-22A-104F-2020、IPC9701A-2006、IEC60749-25-2003)来控制。

 

热应力试验机(TSC)依据待测品表温控制实验报告
负载：待测品(4.46 kg PCB)+治具(3.04 kg不锈钢)=7.5kg

 

温度循环表温侦测与温度传感器依据规范：
温度循环表温侦测依据JEP153、表温控制温度传感器依据JEP140规范要求[T type热电偶]

 

有载7.5kg (等均温)温度循环验证曲线

条件：150℃～-55℃/驻留30min/Ramp:15℃/min
负载：7.5kg

空气温度与带测品表温
红色：设定温度、
黑色：待测品表面温度

 

九点分布

试验结果：
高温段均匀度= ±1.0℃
低温段均匀度= ±0.7℃
升温斜率误差:13.7～16.26℃/min[-0.87%～+8.4%]
降温段斜率误差:15.12～15.47℃/min[+0.8%～+3.1%]

16轨有载表温升降温斜率统计表

 

有载7.5kg (平均温)温度循环验证曲线
九点分布

高温段均匀度：±1℃
低温段均匀度：±0.7℃

温度循环试验设备推荐：热应力复合机