機械沖擊試驗的評估對象除了配件、配套組件以及配件材料外,還包含組裝在印刷電路極板上的電子機械。評估標準一般是在運輸或使用過程中將會遇到的瞬間性沖擊。
針對配件進行試驗的目的在于評估產品在相應沖擊下的互換性;針對配套組件進行試驗的目的,評估被組裝在印刷電路極板的配件遇到物理沖擊時所呈現的特點。該試驗是為認證配件被沖擊所受影響的一種破壞性試驗。
機械沖擊試驗將3項條件作為標準:所要求的最大沖擊力、暴露時間、沖擊量。
最大沖擊力是指沖擊傳達到產品時的最大加速度,誤差范圍為10%。
暴露時間是指在最大沖擊力之下從上升10%到下降10%之間的時間,誤差范圍為15%。
沖擊量是指以最大沖擊力測量的波形重量,誤差范圍為10%。
若沖擊波型直接向配件或配套組件傳達沖擊,應將產品牢固。
產品以6個軸(+X, -X, +Z, -Z, +Y, -Y)為準,每個軸適用5次,共為30次。 【條件1】
關于配套組件,若要求被沖擊的彎曲現象,針對6個軸(+X, -X, +Z, -Z, +Y, -Y)分別適用2次,共適用12次?!緱l件2】
服務條件 | 最大沖擊力 | 暴露時間 | 暴露時間 | 相應跌落高度 | ||
---|---|---|---|---|---|---|
g | ms | cm/s | in/s | cm | inches | |
H | 2900 | 0.3 | 543 | 214 | 150 | 59 |
G | 2000 | 0.4 | 499 | 197 | 127 | 50 |
B | 1500 | 0.5 | 468 | 184 | 112 | 44 |
F | 900 | 0.7 | 393 | 155 | 78.9 | 31 |
A | 500 | 1.0 | 312 | 123 | 49.7 | 20 |
E | 340 | 1.2 | 255 | 100 | 33.1 | 13 |
D | 200 | 1.5 | 187 | 73.7 | 17.9 | 7 |
C | 100 | 2.0 | 125 | 49.2 | 7.90 | 3 |
【條件1】需要對配件(單位元件)及配套組件表面要直接施加沖擊時
服務條件 | 最大沖擊力 | 暴露時間 | 沖擊量 | 相應跌落高度 | ||
---|---|---|---|---|---|---|
g | ms | cm/s | in/s | cm | inches | |
1 | 109 | 8.0 | 544 | 214 | 151 | 60 |
2 | 108 | 7.5 | 506 | 199 | 130 | 51 |
3 | 107 | 7.0 | 468 | 184 | 111 | 44 |
4 | 105 | 6.5 | 426 | 168 | 92.6 | 36 |
5 | 103 | 6.0 | 386 | 152 | 75.9 | 30 |
6 | 95 | 5.8 | 344 | 135 | 60.3 | 24 |
7 | 86 | 5.6 | 301 | 118 | 46.1 | 18 |
8 | 72 | 5.4 | 243 | 95.6 | 30.0 | 12 |
9 | 67 | 5.3 | 222 | 87.3 | 25.1 | 10 |
10 | 61 | 5.2 | 198 | 78.0 | 20.0 | 8 |
11 | 54 | 5.1 | 172 | 67.7 | 15.1 | 6 |
12 | 45 | 5.0 | 140 | 55.3 | 10.1 | 4 |
13 | 39 | 5.0 | 122 | 47.9 | 7.6 | 3 |
14 | 32 | 5.0 | 100 | 39.3 | 5.1 | 2 |
【條件2】需要對配件(單位元件)及配套組件表面要直接施加沖擊時
Board Level Drop Test采用Mechanical Shock設備,方法類似于Mechanical Shock。該試驗對試驗板和其他準備事項均有規定,將產品做成daisy chain,主要分析solder joint。通過Drop test不僅可以持續監督質量,還可以與field上的不良相結合,作有用的data。自使用無鉛(Pb-free)以來,對SJR的可靠性成為issue化,因而在攜帶用或電氣設備領域要求經過該試驗的評估。在規定的8張試驗板上分別安裝15個component,根據規定的peak acceleration、pulse duration、velocity change等施加stress。攜帶用產品所要求的標準條件如下:1500 G 的peak acceleration、0.5 ms波形pulse duration。
試驗條件 | 沖擊跌落高度(inches/cm) | 速度變化(in/s, cm/s) | 最大加速(G) | 脈沖持續時間(ms) |
---|---|---|---|---|
B | 44 / 112 | 184 / 467 | 1500 | 0.5 |
JESD22-B111 “Board Level Drop Test Method of Components for Handheld Electronic Products”
Vibration Test是對半導體產品施加規定頻率范圍內的物流性震動測試可靠性的試驗。該試驗將適用Mil-Std和JEDEC。
1)震動疲勞試驗(Mil-Std-993 Method 2005)
2)可變振動試驗(Mil-Std-883 Method 2007. (JESD22-B103))
上述兩種試驗雖然是分別加速不同形態不良機制的試驗,但從多個角度來說是幾乎一致的試驗。
震動疲勞試驗(method 2005)中應該有規律地施加規定水平的震動。試驗后以外觀檢查和electrical test來判斷fail/pass。關鍵是要將樣品固定在震動版上,尤其要檢查cable不應對試驗造成影響。之后施加simple harmonic vibration,讓產品經受該試驗要求的試驗條件最大加速度值。震動疲勞試驗的話針對x、y、z軸施加32 ± 8小時的震動。
Variable frequency vibration試驗(Method 2007)也同樣需要如同震動疲勞試驗一樣的設備,試驗準備過程也相似。實驗準備結束后,施加Peak-to-peak波幅(amplitude)0.06 inch ±10%的simple harmonic vibration。
震動頻率在20~2000 Hz的范圍內以logarithmic方式改變。橫插整個20~2000 Hz后再返還至20 Hz的時間應在幾分鐘之內。以這種方式針對X, Y, Z,每個軸分別sweep4次。(共12sweep)
振動試驗結束后,以10~20倍率檢查外殼、lead、seal以及外觀,Marking狀態應以3倍以內的倍率進行檢查。
Mil-Std883 Method 2005 “Vibration Fatigue”
JESD22-B103B “Vibration, Variable Frequency”
PCB板在組裝工程或在實際使用環境下受到各種物理負荷。在工程、試驗以及實際使用當中若PCB反復被彎曲(cyclic bend),將會發生trace crack、solder interconnection crack、component crack及electrical failure。
雖然在工程中實際被彎曲的次數不多,但被彎曲多少程度卻是非常重要的因素。
相反,類似于使用者反復按下手機數字鍵盤的使用環境中,被彎曲的程度可能會微小,但被彎曲的次數會非常多。
因Component生產者憑最終產品評估不了實際Package性能,因此在板級狀態下進行repeated bending test,相互比較數據,最終評估mounted component性能。
該試驗提供用來試驗的board(使用與攜帶產品用小配套組件跌落試驗相同的試驗板)規格,將產品做成daisy chain,監督電阻變化。
在四張板上分別安裝9個component,試驗到至少發生60%不良現象為止。(最大200,000 cycle)
媒介変數 | 建議事項 | 選擇事項 |
---|---|---|
支撐鐵砧寬度(mm) | 110 | N/A |
受負荷鐵砧寬度(mm) | 78 | N/A |
受負荷鐵砧與配件之間的距離(從受負荷鐵砧中央到最接近的配件邊沿的最短距離)(mm) | 10 | N/A |
最小鐵砧半徑(mm) | 3 | N/A |
受負荷鐵砧的垂直位移(mm) | 2 | 最大 4 mm |
負荷曲線 | 正選曲線 | 三角形 |
圓頻率(Hz) | 1 | 最大 3 |
JESD22-B113 “Board Level Cyclic Bend Test”
Torque Test通常是為測量torque、評估“扭曲”而實行的試驗
實際上產品在assembly工程或在board level狀態下常常發生被設備或人扭曲的現象。
通過利用溫濕度的環境試驗,即使滿足了一定水平的可靠性,但因為在物理環境下return的現象也經常發生,因此要提前預測好相應產品的組裝/利用條件,進行合適的試驗。
跌落試驗(Drop Test)是評估產品狀態或者產品已被包裝好的狀態下在運輸過程中或因不注意而掉落時,產品遭遇突如其來的沖擊顯示何種反應的試驗。這種試驗會降低產品性能或者帶來永久性損傷, 而通過反復試驗,在Field發生與跌落現象相同的缺陷。并且使用3軸加速度計,測量包裝內產品或向產品指定部位傳達的沖擊量(克),可以分析在Field發生的跌落現象對產品造成的影響。
該試驗能覆蓋到最高自由跌落高度84inch(213cm),使用能提供Steel和Concrete以及Wood Base Plate的設備。跌落方向可以是Flatness、Corner及Edge等多個角度,根據ASTM D5276-98試驗規格,針對產品耐性及沖擊量進行試驗。不僅可以對半導體配件應用自由跌落試驗,還可以在離Concrete Surface1.2m高的位置規定Package(MEMS Cavity Device)6軸跌落試驗的AEC Q-100試驗。
箱子跌落試驗:產品包裝好的狀態下進行跌落試驗
產品跌落試驗:直接對產品進行跌落試驗
配件落下試驗:對單品(配件)進行跌落試驗
ASTM D5276-98 “Standard Test Method for Drop Test of Loaded Containers by Free Fall”
AEC Q-100 Test Group G “Cavity Package Integrity Tests”
試驗方法d | 貫通型 | 表面貼裝器件 | ||
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無鉛 (Leadless) | J形引線 | 海鷗翼狀 | ||
Dip & Look 試驗 | O | O | O | O |
表面貼裝器件虛擬試驗 | X | O | O | O |
Wetting Balance Solder Pot 試驗 | X | O | O | O |
評估半導體Solderability的傳統試驗方法。將半導體Lead及Terminal浸入被融化的焊料之中,檢查焊料涂布的狀態。
為虛擬營造長時間貯存產品的環境(e.g.貯存倉庫),進行預處理過程(以93 ℃ dry steam或在150 ℃進行16個小時BAKE)。將要進行試驗的產品縱斷面浸入到Flux后,連續往245 ℃焊料浸入5秒。以10倍以上的顯微鏡或放大鏡觀察,確認所要求的部位上是否涂布好95%以上的焊料及Dewetting、Nonwetting、pinhole與否。
針對SMD型半導體虛擬營造實際回焊環境,評估焊料接合性。
如同Dip & Look試驗,首先進行預處理,再按基板上焊劑涂布、產品缺陷以及規格設定Reflow profile,進行SMD流程。此后,將半導體從基板分離出來后通過擴大檢查判斷是否確保95%以上的正常接合領域。
Wetting Balance試驗利用如同將紙放入水中,水漸漸滲入紙的空隙之中的原理,將金屬放入其他金屬之中。測量半導體Lead及Terminal對焊料的濕度,將此做成力量/時間的圖表,判斷再現性及濕度均衡時提供有效證據。
從試料被放入焊料的瞬間起,測量Solder推拉terminal的力量,將此試驗結果做成圖表。該試驗能定量測試,比較material非常有效。
JEDEC JEDS22-B102D “Solderability”
J-STD-002 “Solderability Tests for Component Leads, Terminations, Lugs, Terminals and Wires”