關(guān)于潤(rùn)濕平衡法測(cè)量系統(tǒng)的組成

一、概述

1．基本概念

電子產(chǎn)品的組裝焊接過程中，對(duì)電路板、元件可焊端或錫膏，助焊劑質(zhì)量的不良選擇就會(huì)造成焊接問題，直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。主要的焊接問題包括不良的潤(rùn)濕、橋接、裂紋等，會(huì)增加質(zhì)量控制工作量和產(chǎn)生大量的維修，造成人力和財(cái)力的浪費(fèi)，如假焊、虛焊和焊接強(qiáng)度差等，將直接導(dǎo)致可靠性問題?？珊感詼y(cè)試通過對(duì)來料進(jìn)行可焊性方面的測(cè)試，量化評(píng)估被測(cè)樣品的可焊性優(yōu)劣，直接對(duì)來料是否可投入生產(chǎn)或經(jīng)過工藝窗口的調(diào)整后方能投入生產(chǎn)提供指導(dǎo)。對(duì)于元器件批次來料，由于產(chǎn)量小導(dǎo)致存放時(shí)間長(zhǎng)的單位，可焊性測(cè)試更具意義，可在元器件使用前對(duì)其進(jìn)行可焊性評(píng)估，以確定此批元器件的使用是否會(huì)導(dǎo)致焊接質(zhì)量問題的發(fā)生。

2．試驗(yàn)原理

可焊性測(cè)試是通過對(duì)樣本的選擇、焊接過程模擬，根據(jù)測(cè)試結(jié)果來確定樣品的質(zhì)量。在電子行業(yè)，可焊性試驗(yàn)在評(píng)估安裝樣件的影響時(shí)，通過測(cè)量所用錫膏和助焊劑的質(zhì)量，焊接工藝質(zhì)量等進(jìn)行。潤(rùn)濕天平（或潤(rùn)濕平衡）試驗(yàn)方法是通過傳感器檢測(cè)到小的受力水平，結(jié)合時(shí)間來測(cè)定錫和快速潤(rùn)濕的強(qiáng)度。具體的樣品被放置在夾具上，樣品浸入規(guī)定溫度的焊料過程中，通過傳感器將力和時(shí)間數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)，通過軟件形成曲線和數(shù)據(jù)文件，對(duì)焊接質(zhì)量進(jìn)行準(zhǔn)確、定量評(píng)價(jià)。

二、試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

目前可焊性潤(rùn)濕性評(píng)價(jià)一共有 4 種實(shí)驗(yàn)方法：焊錫槽法、步進(jìn)升溫法、焊錫平衡法和急速加熱平衡法。焊錫槽法主要參考標(biāo)準(zhǔn)有IEC 60068－2－54、JISC 0053、JIS C60068－2－54、EIAJET－7401；步進(jìn)升溫法主要參考標(biāo)準(zhǔn)有 JISC－0099、EIAJET－7404；焊錫平衡法主要參考標(biāo)準(zhǔn)是 EIAJET－7401、IEC 60068－2－69，急速加熱升溫法的主要參考標(biāo)準(zhǔn)為 EIAJET－7404、JISC－0099。對(duì)于國(guó)軍標(biāo)如 GJB548 方法 2003 主要針對(duì)微電子器件的引線可焊性測(cè)試，GJB128 方法主要是針對(duì)半導(dǎo)體分立器件的引線可焊性測(cè)試，GJB360 方法主要針對(duì)電器元件引出端錫焊的可焊性。

GJB548 方法 2003 相對(duì) GJB360 與 GJB128 可焊性試驗(yàn)設(shè)備中對(duì)鍍金引出端的可焊性試驗(yàn)采用兩個(gè)焊料槽。鍍金引出端應(yīng)采用一個(gè)或兩個(gè)焊料槽進(jìn)行處理。GJB 360 方法 208 相對(duì)GJB 548 與 GJB 128 增加了潤(rùn)濕稱量法和烙鐵法。對(duì)可焊性的評(píng)估，國(guó)際上各大標(biāo)準(zhǔn)組織（IEC、IPC、DIN、JIS 等）推薦了各種方法，但是無論從試驗(yàn)的重復(fù)性還是結(jié)果的易于解讀性來講，潤(rùn)濕平衡法都是目前公認(rèn)的進(jìn)行定性和定量分析的可焊性測(cè)試方法。

三、試驗(yàn)內(nèi)容

1．試驗(yàn)設(shè)備

針對(duì)不同行業(yè)的測(cè)量方法，測(cè)量焊接設(shè)備主要有兩類，一類可焊性測(cè)試儀如圖 1所示，另一類可焊性測(cè)試儀如圖 2 所示。其中一類可焊性試驗(yàn)儀器采用微處理器全自動(dòng)控制法，操作簡(jiǎn)單，用戶只需要夾緊樣品和設(shè)置參數(shù)，系統(tǒng)就能自動(dòng)完成整個(gè)測(cè)試過程，并輸出潤(rùn)濕曲線及相關(guān)結(jié)果。

圖1 某型可焊性測(cè)試儀

GJB 360A—1996、JEITAET－7404、ET－7401、MIL－STD－202、ISO／FIDS9455、IPC－TM－650 等國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了可焊性方法的試驗(yàn)條件，雖然在樣品制備、測(cè)試參數(shù)和其他細(xì)節(jié)各種標(biāo)準(zhǔn)不同也存在有一定的差異，但可焊性潤(rùn)濕平衡方法一般是相同的。潤(rùn)濕平衡法測(cè)量系統(tǒng)的組成如圖3所示。

圖3 潤(rùn)濕平衡法測(cè)量系統(tǒng)的組成

（1）潤(rùn)濕平衡儀。

① 潤(rùn)濕力測(cè)量范圍：－9．80～9．8mN／V。

② 潤(rùn)濕開始時(shí)間測(cè)量范圍：0．05～9．9s。

③ 試驗(yàn)樣品浸漬深度調(diào)節(jié)范圍：0～5mm。

④ 試驗(yàn)樣品浸漬持續(xù)時(shí)間0～10s，試驗(yàn)樣品浸漬速度：10～25mm／s。

（2）焊料槽：焊料槽尺寸應(yīng)能容納至少 1kg 的焊料，在浸焊過程中，焊料應(yīng)處于靜止?fàn)顟B(tài)，應(yīng)能保持焊料溫度為（245±5）℃的恒溫條件。

（3）浸料工具：需采用一種機(jī)械工具，它應(yīng)能有（25±6．4）mm／s 的速率來控制被試引線出入焊料槽的速度，并控制在焊料槽內(nèi)的停頓。樣品的夾具不要與焊料槽接觸，應(yīng)通過正確設(shè)計(jì)，使沾附的焊劑減到最少。

（4）光學(xué)設(shè)備：在均勻的、無閃光的、全散射的照明條件下，采用放大倍數(shù)至少 10 倍的放大鏡來進(jìn)行焊接后引線的觀察和檢查。

（5）水汽老化設(shè)備：應(yīng)采用大小足以容納試驗(yàn)樣品的耐腐蝕的容器，試驗(yàn)樣品的放置位置必須使其底部至少高出水表面 4cm 的距離。支撐試驗(yàn)樣品的支架必須采用無雜質(zhì)污染的材料。同時(shí)，設(shè)備應(yīng)能按規(guī)定要求提供所需的溫度。

2．試驗(yàn)程序

1）預(yù)處理

對(duì)可焊性試驗(yàn)前樣品的預(yù)處理蒸汽老化預(yù)處理，不同標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的處理方式也是多種多樣，如蒸汽老化、恒溫恒濕、高溫老化。很多標(biāo)準(zhǔn)提供的老化過程是蒸汽老化，這種方法也是最廣泛使用的預(yù)處理。蒸汽老化的時(shí)間一般為 1h 或 8h。老化的溫度根據(jù)不同的海拔高度選擇不同的溫度條件。

2）測(cè)試所需材料準(zhǔn)備

（1）焊料。焊料包括無鉛焊料與有鉛焊料。目前國(guó)軍標(biāo)采用的都是有鉛焊料。另外，如有特殊需求，可以雙方共同商討確定采用何種焊料成分。

（2）助焊劑。在測(cè)試時(shí)，選擇何種助焊劑，會(huì)直接影響測(cè)試結(jié)果。助焊劑分為活性焊劑與半活性焊劑。

3）測(cè)試

樣品經(jīng)過蒸汽老化預(yù)處理后，在室溫中晾干后即可測(cè)試，但必須在 72h 內(nèi)完成整個(gè)焊錫性測(cè)試。其基本步驟如下：

（1）將焊劑涂覆在待測(cè)樣品表面；

（2）將多余助焊劑清除；

（3）按要求將樣品置于錫液上方預(yù)熱一定時(shí)間；

（4）樣品以一定的角度（0°～90°）及預(yù)設(shè)的速度（1～5mm／s）浸入錫液規(guī)定的深度；

（5）從系統(tǒng)中讀取潤(rùn)濕時(shí)間、沾錫能力等參數(shù)結(jié)果，并查看潤(rùn)濕過程曲線。

在 IPC 和 IEC 中所要求結(jié)果判斷的參數(shù)不同，但要求給出的參數(shù)基本上包括 Tb、Ta、T2／3、F1、F2、AA（AUC）、Fmax、TFmax。下面針對(duì)給出的參數(shù)，分別說明它們所代表的意義，如表1所示。

表1 試驗(yàn)參數(shù)與含義

3．接收判據(jù)

表2所示為接收判據(jù)。

表2 接收判據(jù)

四、可焊性試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

可焊性測(cè)試一般是用于對(duì)元器件、印制電路板、焊料和助焊劑等的可焊接性能做一個(gè)定性和定量的評(píng)估。在電子產(chǎn)品的裝配焊接工藝中，焊接質(zhì)量直接影響整機(jī)系統(tǒng)的可靠性質(zhì)量。

通過實(shí)施可焊性測(cè)試，幫助企業(yè)確定生產(chǎn)裝配后的可焊性的好壞和產(chǎn)品的質(zhì)量?jī)?yōu)劣。微譜技術(shù)在實(shí)踐操作中進(jìn)一步豐富了對(duì)印制電路板等元器件的可焊性測(cè)試技術(shù)手段，明確了影響可焊接性的內(nèi)在因素，對(duì)制造業(yè)的技術(shù)工程師提高產(chǎn)品質(zhì)量和零缺陷的焊接工藝給予了極大的幫助。

國(guó)際上各大標(biāo)準(zhǔn)組織（IEC、IPC、DIN、JIS 等）推薦了各種方法，如《J－STD－002B 2003－2 元件、接線片、端子可焊性測(cè)試》《J－STD－003B（2007－3）印刷電路板可焊性測(cè)試》《IPC－TM－650 2．4．1 金屬表面可焊性》《GB／T 4677 印制板測(cè)試方法》《IEC60068－2－58／IEC60068－2－20 可焊性及熱應(yīng)力試驗(yàn)》等標(biāo)準(zhǔn)都可以進(jìn)行不同類別的可焊性試驗(yàn)，但是無論從試驗(yàn)的重復(fù)性和結(jié)果的易于解讀性，潤(rùn)濕平衡法（Wetting Balance）是目前公認(rèn)的進(jìn)行定性和定量分析的可焊性測(cè)試方法。

通過將試樣浸潤(rùn)到焊料內(nèi)，模擬焊接過程傳到圖像記錄儀，在計(jì)算機(jī)上形成可焊性曲線。潤(rùn)濕平衡法是將樣品放置在一個(gè)特殊的夾具，沉浸在設(shè)定溫度的錫膏里。在此期間，通過力傳感器將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，通過軟件生成曲線和數(shù)據(jù)文件，準(zhǔn)確和定量的評(píng)估的焊接質(zhì)量。這種測(cè)試方法需要大量的設(shè)備投入，對(duì)測(cè)試環(huán)境有一定的要求，測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確且有說服力。
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