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细说无铅回焊 四

文章来源:PCB信息网     发布时间:2010/8/25 9:02:07     发布时间:2010/8/25 9:02:07  【关闭】
    本试验选用Al2O3皮膜的铝板,是刻意将其当成传热载体而不使产生沾锡反应(即出现IMC),纯粹只在了解锡粉本身愈合能力的好坏而已。也可在完成锡膏印刷并于室温中放置24小时后,再进行愈合试验,以观察其抗湿及抗氧化的能力如何。前页之四图即为J-STD-005在3.7节中所列之有铅锡膏允收规格之图标画面。
       至于无铅锡膏愈合能力的允收情形则目前尚无规格,预计J-STD-005A于2006下半年内发布后即可有所依循。下列之五图即为无铅膏在氧化铝板与铜板上另于回焊中所做愈合试验的比较。

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图10  上图为锡膏在铝板上受热而愈合的画面,下三图锡膏在基材板铜面上的熔合情形。由于锡与铜之间会出现焊接反应并生成Cn6Sn5 的IMC,故其愈合后的外观与铝铜板上不同。

(2)散锡性试验 Spreading Test
       焊锡性(Solderability)是说明金属表面可否进行焊接反应,并就其反应能力的好坏,以科学数据加以表达的质量。从沾锡天平(Wetting Balance)而言,即可用以测出引脚的沾锡时间(愈短愈好)与沾锡力量(愈大愈好)。然而此种精密试验,不但专业设备昂贵且相当耗时,而所得数据对生产现场的实用价值却不大。一般的焊锡性在波焊而言,讲究是通孔的上锡填锡能力;就SMT回焊而言,则专注于锡膏愈合后向外的散锡 性,以下将介绍简易做法的散锡性试验。

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图11此为无铅与有铅两种锡膏,在窄铜面上散锡性的比较。相同条件下无铅锡膏的焊锡性就相形见拙了。

        有铅焊料(63/37)之表面张力(Surface Tension)为0.506 N/m;但SAC305之表面张力却增为0.567N/m,比起前者要超出20%之多。表面张力加大即表内聚力(Cohesive Force)增加,而向外扩展的附着力(Adhesive Force)却减小。于是无铅锡膏在散锡性方面当然就比起有铅锡膏差了一截,若能在助焊剂的活化性能方面有所提升时,也许无铅膏还可展现较好的焊锡性。

        日商对此做法是利用1.6mm厚的双面板,做出32mil(800μm)宽的多条并行线路,之后加全面印绿漆而留出线路中间2cm长的裸铜区(或另加做不同的表面处理以方便评比)。于是在此可焊区的中央印刷上直径950μm厚度150μm(6mil)的无铅锡膏,然后利用生产线的回焊曲线进行试焊,并观其向两侧散锡的能力。只需简单的量测已散锡的长短,即可知晓其可焊皮膜或锡膏品牌,在“散锡”(Spreadability)方面的质量好坏了。

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图12  此为日本工业规范对锡膏在散锡性方面的试验方法,可针对锡膏品牌或可焊性表面处理进行散锡性的评比,孰优孰劣立见分晓。

(3)黏度试验Viscosity Test与黏度指数(Thixotropy)
       每批进料锡膏之保证书中,虽已明列其黏度数据,但为确保其出货中的质量起见,亦应在入库前按J-STD-005之3.5节与IPC-TM-650之2.4.34.3 节,抽检其黏度值。其做法是将已回温(5-6小时)的锡膏,开盖后先用搅拌刀从其刀口方向轻搅1-2分钟,再整罐置于专业黏度仪(例如Malcom之PCU201型)之测座上,并将感测头(Sensor)伸入膏体中,续以10 rpm的慢转速度,在25℃下取20分钟后的量测数据做为纪录即可。

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图13左为业界所广用Malcom牌之锡膏粘度计PCL-2201,右为其试验平台之特写。

       至于黏着指数(或称抗垂流指数Thixotropy)之质量项目,事实上美式锡膏规范J-STD-005并未列入,至于其新A版中是否已纳入则目前尚不得知。日本工业标准JIS-Z-3284则已实行多年,其做法是先求出上述10rpm在20分钟后的黏度值后,再分别另行测出3rpm的6分钟数据,及30rpm的3分钟数据。然后将此两种数据分别求取对数值(Log),此等读值应落在0.45-0.65之间。所谓的Thixotropy也就是控制Slump的能力如何的指标,可令读者较易体会其与抗坍塌性或抗垂流性之间的关系。也就是说印刷后较长时间的置放中(例如10小时),观察是否出现坍塌现象的质量。

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图14  此为了解粘著指数所刻意印刷之锡膏,可做为现场对比之用。希望其数据能落在0.4与0.6之间,即最为理想最适合生产用途。

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