在選擇焊料品種時(shí),我們不僅要關(guān)心焊料本身的機(jī)械性能,而且更要關(guān)心焊料所形成焊接的可靠性。事實(shí)上,焊料的機(jī)械性能不完全等同于焊接的機(jī)械性能,特別是對(duì)于無鉛焊接來說更是如此,焊料所形成的焊接,在其焊料與銅焊盤的接合部位形成MC。對(duì)于錫鉛焊料,其MC的機(jī)械強(qiáng)度要大于焊料本身強(qiáng)度,當(dāng)受到外力沖擊時(shí),斷裂處通常穿過焊料本身,此時(shí)需要大的外力沖擊能量。而無鉛焊接則不一樣,在高速?zèng)_擊下,斷裂會(huì)出現(xiàn)在IMC處,并隨沖擊速度的增快,IMC處斷裂的概率隨之增大,并且只需較低的外力沖擊能量。因此人們?cè)絹碓街匾晫?duì)無鉛焊料所形成的焊接測(cè)試,通常用它來評(píng)估焊料的機(jī)械性能。最典型的做法有以下幾種。
板級(jí)測(cè)試
將要測(cè)評(píng)的焊料組裝成測(cè)試板(通常做不同焊料對(duì)比試驗(yàn)),然后按需要選擇測(cè)試方法
1、高低溫沖擊法
高低溫沖擊法的方法可按下列標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行:
●IPC-SM-785《表面安裝焊接件加速可靠性試驗(yàn)導(dǎo)則》;
●IPC-9701《表面安裝焊接件加速可靠性試驗(yàn)方法與鑒定要求》;
●IPC-TM-650《實(shí)驗(yàn)方法手冊(cè)》
具體做法是將焊接后的樣板放在專用的高低溫試驗(yàn)箱中,IPC-9701標(biāo)準(zhǔn)中設(shè)5種試驗(yàn)條件下的性能實(shí)驗(yàn)方法,從低要求的T100℃到嚴(yán)要求的T180℃C,計(jì)劃分5個(gè)不同檔次。溫差越大,其條件越惡劣,即對(duì)焊接可靠性要求越高。
每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中在低溫和高溫各停留30min,每變化一次,為一個(gè)周期。通常一個(gè)試驗(yàn)要做2000~3000個(gè)周期,然后通過目測(cè)或按 IPC-TM6650標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試評(píng)估。5個(gè)不同檔次的溫度差為:
●TC1:0℃/30min←→100℃,T為100℃推薦參考;
●TC2:-25℃/30min←→100/30min,T為125℃;
●TC3:-40/30min←→125/30min,T為165℃;
●TC4:-55/30min←→100C/30min,T為155℃;
●TC5:-55/30min←→125℃/30min,T為180℃
整個(gè)試驗(yàn)過程中按下述要求測(cè)試:
每100個(gè)周期判斷龜裂發(fā)生率;
每500周期測(cè)試剝離強(qiáng)度。
上述試驗(yàn)是模仿電子產(chǎn)品工作狀態(tài)進(jìn)行的,即焊接由于自身的電阻,當(dāng)有電流通過時(shí)會(huì)發(fā)熱,而不工作時(shí)焊接恢復(fù)到室溫,從高溫到室溫意味著焊接經(jīng)受高低溫的變化,在汽車電子中有些部位電子產(chǎn)品中焊接升溫會(huì)達(dá)到80℃以上,如果再加上環(huán)境溫度交替變化那么焊接升溫還會(huì)更高。故該試驗(yàn)方法實(shí)用性強(qiáng),但試驗(yàn)周期長(zhǎng)費(fèi)用高,試驗(yàn)前應(yīng)做好充分準(zhǔn)備。
2、高溫老化法
高溫老化法是常用的試驗(yàn)方法,簡(jiǎn)便可靠,通常焊接老化后性能會(huì)下降,不同焊料焊接性能下降程度不一樣。具體做法是將樣品放在烘箱中老化,烘箱溫度可選擇150/180/200℃,時(shí)間可選擇200/300/400h不等,然后再測(cè)試焊接強(qiáng)度,通過比較來評(píng)選好的焊料。
3、跌落試驗(yàn)
跌落試驗(yàn)是傳統(tǒng)的評(píng)估焊接可靠性的方法之一,簡(jiǎn)單易行,成本低,目前主要用于評(píng)估容易掉到地上的電子產(chǎn)品,如手機(jī)等便攜式產(chǎn)品。由于這類產(chǎn)品使用時(shí)經(jīng)常會(huì)掉到地上,并會(huì)在電氣方面出現(xiàn)故障,其中包括元器件和電路板之間的焊接出現(xiàn)破裂。此外跌落試驗(yàn)還可用來做對(duì)比試驗(yàn),例如,針對(duì)無鉛 WLCSP元器件做跌落測(cè)試時(shí),可對(duì)比使用底部填充料與不使用底部填充料時(shí)焊接的可靠性,通常會(huì)發(fā)現(xiàn)使用底部填充料的無鉛 WLCSP元器件可靠性能好。跌落試驗(yàn)可參考GB2423以及 JEDEC JESD22-B111標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。
4、焊接高速?zèng)_擊試驗(yàn)
雖然人們重視無鉛焊料引起的脆性斷裂問題,但是早期的剪切和拉伸測(cè)試方法使脆性斷裂失效問題顯得很不常見,這不是因?yàn)榇嘈詳嗔巡粫?huì)發(fā)生,只是因?yàn)樵缙诘臏y(cè)試體系不能提供一個(gè)穩(wěn)定的力來證明這種失效模式的存在。近年來人們研制了焊接高速?zèng)_擊試驗(yàn)系統(tǒng)從而使試驗(yàn)變得簡(jiǎn)單化。
焊接是指通過加熱或加壓,或者兩者并用。并且用或者不使用填充材料,使焊件達(dá)到原子結(jié)合的一種方式。目前焊接的方法有熔焊,壓焊和釬焊三種。焊接具有節(jié)約金屬,生產(chǎn)效率高,致密性好,強(qiáng)度高易于操作,易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化生產(chǎn)。被廣泛應(yīng)用在機(jī)械制造,鍋爐化工石油天然氣管道,民用建筑以及大型鋼結(jié)構(gòu)制造。已經(jīng)替代了傳統(tǒng)的鉚接工藝。
總結(jié),焊接的可靠性是通過焊評(píng)進(jìn)行保證的,簡(jiǎn)單的說,首先通過焊評(píng)確定焊接工藝能夠得到符合要求的焊接接頭,然后通過焊工資格評(píng)定再保證施焊人員能夠焊接出符合質(zhì)量要求的焊縫。最后就是合理的焊接工藝保證達(dá)到相應(yīng)的要求。