无铅焊及焊接点的可靠性试验

发布时间:2008/6/5 0:00:00 访问次数:425

（1、株式会社力世科，东京都日野市日野本町1－15－17街191－0011；2、上海市虹桥路2328弄2号楼504室，200336）

摘要：随着电子装置的小型化的发展，欧盟（eu.）的weee和rohs提出禁止使用sn－pb焊锡。这将导致一系列的工业革新，如部件体积和重量的减少，各种各样无铅产品的出现，改变现有的焊接生产线等。参照国际标准（iec，iso）和日本国家标准（jis），并根据这些标准做了一系列的试验，通过试验对无铅焊润湿性、强度、耐久性等可靠性的评价方法进行说明。

关键词：无铅焊，润湿性，接触角，耐久性

中图分类号：t605 文献标识码：a 文章标码：1004－4507（2005）12－0051－05

手机、数字照相机、笔记本电脑等产品的小型化、轻量化发展的同时，欧盟出台了关于废弃电气电子仪器（weee：waste electrical and electronic equipment）法案及特定有害物质的使用限制（rohs：restriction of the use of certain hazardous substances）之规定。即，2006年7月1日之后，对在电子仪器及封装业中，广泛使用的，不可缺的sn－pb系列焊锡将全面禁止。为此，在电子产业界，对封装部件的小型化，无铅焊锡的开发，生产线的变更等等技术改造和变革将迫在眉睫。

本文将依据国际标准iec、iso、jis，通过实际测量结果，对无铅焊的润湿性、强度、耐久性等可靠性的评价方法进行说明。

1 各种标准（无铅焊相关的）

对sn－pb系列焊锡，我们有各种各样的标准。无铅焊从定义、种类、组成等也有其对应的iec、iso、jis等国际标准，并正在进一步完善。如各标准对无铅的定义（铅的含量）、种类的一致性也还在进行调整，在日本国内使用的jis标准，于2004年3月与iec标准也进行了一致性的调整（例焊锡试验方法（平衡法）jis c 0053→jis c 60068－2－54）。
关于无铅焊标准，无铅焊试验方法第2部～第7部（jis z3198－1～3198－7）在2003年6月被制定。具体为：

无铅焊试验方法（jis z 3198－1～3198－7）

第1部熔融温度范围测定方法
第2部机械特性试验方法－拉力试验
第3部扩散试验
第4部采用wetting balance法及接触角法的润湿性试验方法
第5部焊接处的拉断及剪切试验方法
第6部 qfp管脚焊接处45°拉断试验方法
第7部集成部件焊接处剪切试验
本文，在无铅焊润湿性试验中，采用的试验方法是第4部及第5、6、7部的强度试验测定方法。

2 wetting balance 法及测定实例

2.1 测定原理

在各个标准采用的试验法中，将试件浸入到焊锡中，试件周围就会受到润湿力f（见图1）的作用。通过测量这个力，就可以对润湿的速度、最大润湿力等可靠性指标进行评价。
f＝（γcosθ l－vρg）10－2 （1）
γ：表面张力 v：浸入体积 θ：接触角 ρ：密度 l：周围长度 g：重力加速度

2.2 评价方法一

试件从焊锡上方任意位置浸入焊锡时，将会得到像图2所示的润湿性曲线。试件从液面浸入、将会受到方向向上的浮力（θ＞90°）作用，进一步润湿（θ＜90°），试件周围形成双曲线凹面。相对于润湿的速度而言，评价方法就是：测定试件与液面接触开始，到θ＝90°为止的时间（t0）及液面接触开始到达最大的润湿力的2/3处的时间（t1）。并且，求出试件从焊锡中拔出时的润湿力（fend）和最大润湿力（fmax）的比。当比值fend/fmax＞0.8时，就可以断定有润湿现象发生。

2.3 评价方法二

用wetting balance法进行试验时，根据测试对象或目的的不同有多种方法，图3是对表面封装部件（smd）进行试验后的评价方法。焊锡小球法是根据标准iec60068－2－69，jis c 6068－2－69，jei－ta7401而设计的试验方法。具体的，在铝块上制作焊锡小球，从而完成对浸入焊锡小球中的部件的测试。阶梯升温法及急速加热法是根据标准eiaj et 7404而设计的试验方法。以焊锡膏作为测试对象，对其润湿性进行评价。阶梯升温法是在试验板上，先涂上焊锡膏，smd浸入其中，焊锡膏的温度变化和回流焊的温度变化一致的情况下，达到熔融状态时，对其润湿力进行测定；急速加热法则是焊锡膏温度在短时间内上升到熔融状态时，对其润湿力进行测定的方法。