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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

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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 。

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JEDEC-22A-104F-2020温度循环试验条件与焊点导通试验要点:

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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

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SMD锡焊性能测试方法与鉴定要求

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太阳能模块依据待测品表面温度控制规范

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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℃。

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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。

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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

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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]

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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

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九点分布

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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

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有载7.5kg (平均温)温度循环验证曲线
九点分布

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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

 

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