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锡焊试验方法技术指引
IEC 68-2-44 試驗方法T之技術指引:錫焊
IEC 68-2-44 Guidance on test T:Soldering
前言
本文係針對引用IEC 68-2-20 、IEC 68-2-54 與IEC 68-2-58等規範之撰寫者,提供相關技術資訊與建議。
參考規範
IEC 68-2-20 試驗方法 T:錫焊;修訂第2 版(1987)。
IEC 68-2-54 試驗方法 Ta:錫焊-以潤濕力平衡法進行可焊性試驗。
IEC 68-2-58 試驗方法 Td:表面安裝元件之可焊性、耐熱性、金屬塗覆耐融性試驗。
Series IEC 249 印刷電路之基材。
IEC 326-2 印刷電路板-第二部份:試驗方法。
簡介
錫焊接點之焊接難易度與可靠度,受以下三個條件影響:
接點設計;包括組合方法及兩個待接合金屬之特性。
錫焊操作時之條件;如助焊劑、溫度、時間、焊錫材料等。
焊接表面之潤濕性(wettability)。
對製造組件或裝備的廠家而言,應該注意條件(1)與(2);而製造元件的廠家則應該注意條件(3)。但若製造元件與製造組件或裝備之廠家存在複雜的供給關係時,為釐清各別的產品責任,就必須精確的定義元件端子之潤濕性或元件可焊性。
元件可焊性及元件端子之潤濕性
整批錫焊時,應符合以下三個規定:
在高於融錫之溫度下,可滿足元件之熱特性(熱需求)。開始潤濕時,應可符合元件熱需求並維持一段時間。
在長期或短期的錫焊循環中(包括重焊及使用烙鐵),元件應可承受熱應力而不變質。
在長期或短期的錫焊循環中(清洗助焊劑之程序),元件應可承受機械與化學應力而不受損。
因此,無法承受上述應力之元件,如開關、繼電器、電位計及不耐熱的塑膠產品,不適用整批錫焊方式。
由前述理由可知,元件端子之潤濕性僅與端子沾錫難易度有關,而元件可焊性則是用以評估整批錫焊之合適性。固然元件端子之潤濕性不佳,會使元件無法以錫焊方式固定;但是,元件可焊性差並非代表無法將之錫焊於印刷電路板,只是在錫焊這些元件時須改用特殊程序,如隔熱及抗侵蝕處理。
在選用錫焊環境來配合電性及機械測試時,裝備製造廠家應先自問:「在常用錫焊環境下,元件是否可焊?」,才能把元件放入錫焊生產線上。同理,指定元件者應瞭解元件在生產線之錫焊方式及環境,並將之包含於所選用的環境試驗方法中。
本文所說明之標準化試驗方法,目的在模擬上述環境效應的一部份。以下將詳細說明標準化試驗方法之原則及相關資訊。
可焊性試驗在環境試驗過程中的次序
可焊性僅為元件固有特性之一,其他特性為:強韌性、存活壽命、性能(performance)等,而元件必須執行多種環境試驗以驗證上述特性。因此,可焊性試驗如何在環境試驗序列中定位,得視各種試驗間之影響而定。擬訂包含可焊性試驗的環境試驗次序時,基本原則為:次序在可焊性試驗之前的環境試驗過程,不得影響可焊性試驗結果;同理,可焊性試驗亦不可影響次序在其後的環境試驗結果。
在環境試驗序列中,若潤濕性試驗之前已做過了長期的濕熱或腐蝕試驗,則元件可能受損而無法通過潤濕性試驗;但電子元件實際上多是先焊接於裝備後,才遭受濕熱或腐蝕環境。
若在端子強韌性試驗(模擬元件固定於電路板之效應)之前,先執行試驗方法Tb(耐錫焊熱的能力),則可能改變端子強韌性試驗之失效機制。例如,原本應在端子強韌性試驗中發生之熱衝擊應力失效可能不會出現,而由試驗方法Tb所累積之機械及化學應力失效取代之。
以下為排定環境試驗次序的一般原則:
潤濕性試驗之前僅可排入非破壞性試驗或特定之加速老化試驗。
應於長期的功能測試之外,單獨執行耐錫焊熱試驗,但須採用必要的防護措施,例如隔熱。
在環境試驗之前,應考量是否須清除助焊劑之餘漬。
可焊性試驗
本節定義:
試驗對工業用錫焊作業之效果。
選用該試驗條件之理由。
工業用錫焊作業之環境條件變異極大,表1之分類可縮小元件環境條件的範圍。
表1之條件係來自實際經驗的折衷。因為,加熱時間愈長雖可提高潤濕,但亦使試件遭遇較高熱應力而導致性能劣化;反之,加熱時間短則試件遭遇之熱應力較低,但可能導致冷焊。
有鑑於此,在標準試驗條件中,可焊性試驗(Ta)溫度條件為235oC,耐錫焊熱試驗(Tb)溫度條件為260oC,但兩者浸漬時間相同。其目的在使元件歷經標準試驗後,即可承受未來實際組合作業所遭遇之應力。
上述因素仍會因相同元件之整批處理,或批次之間的變異,而更形複雜。亦即,由單一元件試驗所得結果,不可用來推測整批處理或不同批次之元件試驗結果。通常,為了減少單批或多批處理之元件在長期試驗後之損耗,必須引入統計推斷技術。
以統計手法推斷試件可焊性,乃試驗規範制訂與採用者必須牢記的要事。但 IEC 68-2-20、68-2-54 與 68-2-58等規範僅提供試驗執行步驟,並未
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