這些專欄討論了許多關(guān)于RoHS順應(yīng)的計(jì)劃以及無鉛制造業(yè)的變革對工藝和設(shè)備需求可能造成的影響。

制造商的某些已測試成功并進(jìn)入全面實(shí)施階段的案例研究值得我們回顧一下。

在本月和下個月的專欄中，我們將介紹兩家知名的電子制造商研制的測試體制。這些公司對它們最終選擇使用的無鉛焊膏有不同的要求，因此，對工藝過程的評價會根據(jù)不同的要求進(jìn)行修改。我們把本月討論的公司稱為"制造商X"。

定制焊膏設(shè)計(jì)
制造商X開始與它們挑選的焊膏供應(yīng)商一起設(shè)計(jì)滿足各自品質(zhì)要求和產(chǎn)品可靠性標(biāo)準(zhǔn)的無鉛焊膏。所有這些測試材料必須經(jīng)過各自生產(chǎn)工藝的測試標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品評估。包括：

-- 焊膏沉積的容積評估
-- 回流工藝窗評估
-- 粘著性測量
-- 焊點(diǎn)質(zhì)量評估
-- 空洞評估
-- 濕法分析
-- 改良的抗表面絕緣（SIR）測試

使用的測試板已被有機(jī)助焊劑(OSP)處理。所有被測試材料的焊膏合金由錫95.5銀3.8銅0.7 (SAC 387)組成（在空氣中進(jìn)行回流）。錫63鉛焊膏用于控制材料特性比較。對制造商X而言，焊劑載體在每種焊膏里都是變化的。

制造商X的測試程序和測試分析

印刷
把在0、1和4小時等待時間時測得的焊膏的釋放和印刷性能作為印刷性能的測量標(biāo)準(zhǔn)。焊膏通過各種形狀和尺寸的模板孔如：10毫米至18毫米的圓形孔、12毫米至25毫米的方形孔、和9毫米 x 50毫米 至18毫米x 50毫米的橢圓形孔進(jìn)行印刷。印刷速度、刮刀壓力和折斷參數(shù)是按每位焊膏供應(yīng)商的建議制定的。

每種印刷測試成功與否由容積測量決定，使用激光層，加上目檢找出污染和堵塞的孔。為達(dá)到制造商X的要求，墊子上的焊膏沉積量的比率理論上必須和每次測試的一致。因此，1、2和4小時測得的焊膏容積測量應(yīng)該無差別。盡管焊膏量差異開始超過1小時測量，但它仍可能在每次等待時得到最理想的結(jié)果。

要檢測小于12毫米的開孔口，模板需從背后照明并且每次測試 (0, 1 和 4 小時)時目檢后印刷。圖表1是通過10毫米孔的無鉛焊膏印刷失敗的示例，完全堵塞和部分堵塞的孔造成焊膏量不一致。

圖表：檢測小于12微寸的開孔口




焊膏粘著性
測試焊膏的粘著性，看它是否能在各種制造過程中保護(hù)部件。以IPC-TM-650測試程序?yàn)榛A(chǔ)，在0、1、2、4和8小時測量粘著力，通過測量從焊膏里拔出5毫米探針用的力來分析粘著力。對選用的焊膏，材料通過250微米厚模板上的直徑6.3毫米的圓孔印刷，流到陶瓷基片上，然后存儲等待評估。規(guī)定的存儲時間過后及印刷完畢后，粘著性測量立即進(jìn)行，焊膏粘著性必須與0、1、2、4和8小時測得的一致。

回流曲線、濕法分析和排泄評估
制造商X需要一種可用于各種生產(chǎn)產(chǎn)品的焊膏，因此，這種成功的材料必須有相當(dāng)寬的工藝窗口，使它能在所有的九種已完成的回流曲線中同樣運(yùn)作良好。

圖表2：要求無鉛焊膏可在九種不同的回流曲線中成功運(yùn)作。



回流時，峰值溫度和液相線上方時間之間的交互作用是不同的（參見圖表2），小墊子（銅和阻焊定義區(qū)的12毫米圓孔）上的接合性能被評定（參見圖表3和圖表4）。在空氣回流過程中出現(xiàn)的氧化粉、焊劑活性化降低、或溶劑用完導(dǎo)致焊膏的接合性差。

進(jìn)行錫球和接合測試來評定專門的套印焊膏沉積的回流性能。焊膏在12塊測試板上印刷：六塊未用過的板和六塊已在回流爐中氧化過的板。兩塊立即回流、兩塊在室溫環(huán)境下放置兩小時后回流，兩塊在溫度30℃ ，90% RH的條件下放置一小時后回流。就接合性能和留在阻焊上的錫球痕跡對套印焊膏沉積進(jìn)行檢驗(yàn)。

圖表3：空氣回流中出現(xiàn)的氧化粉導(dǎo)致接合性能差



圖表4：使用的焊膏呈現(xiàn)出良好的接合性能



也進(jìn)行加速壽命實(shí)驗(yàn)（ALT）以進(jìn)一步確定長期焊點(diǎn)質(zhì)量和產(chǎn)品的可靠性。

濕法
在測試板的三個區(qū)域中評定濕法性能。材料印刷在9塊測試板上：三塊未用過的板、三塊已在回流爐中氧化過一次的板和三塊已在回流爐中氧化過三次的板?；亓骱螅瑱z查指定區(qū)域，評估每種材料的濕法特性。（參見圖表5）

圖表5：焊膏的濕法測試結(jié)果



改良的抗表面絕緣測試
為了使無鉛焊接性能良好就必需使用催化劑，為確定催化劑是否會對設(shè)備的長期可靠性產(chǎn)生影響，制造商X評定了抗表面絕緣性能(SIR)。用一塊改良的IPC-B-25測試板進(jìn)行SIR分析。為了更接近成品板，改良板增加了阻焊。在24到68小時內(nèi)的不同時段進(jìn)行電阻測定，需要5個以上不同的管道和至少108阻抗的電壓。

結(jié)果
經(jīng)過上述嚴(yán)格的評定后，制造商X就能選擇出一種符合他工藝和質(zhì)量要求的無鉛焊膏了。 他現(xiàn)在在全球各地全面執(zhí)行他的無鉛工藝。下個月的專欄中，我們將調(diào)查制造商Y的案例研究，他有不同的要求 – 還將評論他對運(yùn)行了六個月的無鉛工藝的質(zhì)量檢測結(jié)果。


作者簡介
Brian J. Toleno是Henkel的電子集團(tuán)應(yīng)用工程組組長，Henkel位于加利福尼亞爾灣。他獲得化學(xué)理學(xué)士學(xué)位和分析化學(xué)博士學(xué)位。在加入Henkel前，他負(fù)責(zé)費(fèi)城實(shí)驗(yàn)室EMPF的失效分析。

Brian是IPC的底部填充手冊委員會(J-STD-030)主席及焊膏標(biāo)準(zhǔn)委員會(J-STD-005)的副主席。他還負(fù)責(zé)IEMT 2005項(xiàng)目，是SMTA的積極分子。他已發(fā)表的文章有SMTA的失效分析課程，兩章電子工程手冊，還為貿(mào)易刊物撰寫了大量論文。