电路热循环试验是将电路板试件放置在高、低温周期变化的环境中来模拟温度交替变化对于电子封装机械与电气性能的影响，是评估焊点结构热力学可靠性的一种重要的试验方式。研究表明，所有电子设备故障中约有55%是与热事件相关。电子设备在使用过程中均会经历热循环应力，热循环载荷来自于电子产品开关通电造成的功率循环和其工作环境变化的温度循环。通过热循环试验可以暴露元器件潜在的材料缺陷和制造质量缺陷，消除早期失效，提高产品可靠性。

1、焊点裂纹的产生

试验证明，焊点裂纹主要发生在焊球钎体两端相邻两种材料之间交接面处及其附近钎体内。裂纹萌生区域的具体统计如表1：

表1 焊点萌生区域概率

注：PCB为电路板的缩写；IMC为界面合金共化物的缩写

出现这种现象的原因是：由于不同材料热膨胀系数的差异以及弹性模量的不同，在温度循环的过程中，这些区域存在应力集中；随着温度的循环变化，焊点周期性地承受着拉伸、剪切作用，最终在应力集中的区域产生裂纹。

2、焊点裂纹的扩展

在焊点两相邻材料的交界处产生的裂纹一般属于脆性断裂，然而随着裂纹向钎体内拓展，断裂方式则为韧性断裂。焊点处于低温环境时，焊点的脆性较大，因此表现为交界处的脆性断裂。当温度升高时，焊点的屈服应力和弹性模量降低，导致焊点的塑性有所提高，界面应力有一部分被钎体吸收，裂纹向钎体扩展，表现为脆性断裂与韧性断裂的混合模式。当周围环境温度很高时，焊点主要表现为塑性，因此裂纹开始出现在钎体内，表现为韧性断裂，但当温度降到很低时焊点表现为脆性，并且IMC层较钎体脆性较大，从而使裂纹向IMC层扩展，表现为韧性断裂与脆性断裂的混合模式。同时，值得注意的是，焊点靠PCB侧的破坏程度比靠芯片侧的破坏程度要大。

3、优化改善

1. 针对不同厚度、尺寸、板材的PCB板，回流焊前需加上工装进行回流焊曲线实际测试，要求实测的温度符合锡膏推荐温度曲线。

2. 产品热管理设计优化，降低运行温度。

3. 优化三防漆涂覆工艺，例如先做三防再做子母板的互联工艺，防止模块与载板PCB之间发生三防漆的异常堆积。

总之，焊点可靠性是电子组装可靠性的重要内容，任意一个焊点的失效，都有可能造成器件甚至系统的整体失效。电子设备热循环试验是测试设备焊点可靠性，保证电子设备预期寿命的必要手段。

参考文献:《电子封装可靠性与失效分析》    汤巍 景博 盛增津 编著