曹志洪，黃俊華，馬軍

（工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣東 廣州 510610）

0 引言

在電子產(chǎn)品的裝配焊接工藝中，若線路板、元器件可焊性不良或錫膏、助焊劑質(zhì)量或選擇不良，就將造成焊接問(wèn)題，直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。顯性的焊接問(wèn)題包括潤(rùn)濕不良、橋聯(lián)、裂紋和立碑等，這將加大質(zhì)檢人員的工作量并產(chǎn)生大量的返修問(wèn)題，造成人力、財(cái)力的浪費(fèi)；隱形的焊接問(wèn)題比如假焊、虛焊和焊接強(qiáng)度差等，這將直接帶來(lái)產(chǎn)品可靠性問(wèn)題。

歐 盟 2003.2.13 公告 2002/95/EC RoHS 指令 ，明確要求2006年7月1日起電子產(chǎn)品不可含有鉛、鎘、汞等重金屬及PBB和PBDE等溴化物阻燃劑。影響所及，世界各國(guó)都開(kāi)始制訂類(lèi)似的禁令，無(wú)鉛化成為未來(lái)電子產(chǎn)品的基本要求。雖然無(wú)鉛化能夠保證環(huán)保，但在裝配焊接工藝中的可靠性卻仍待驗(yàn)證。因此，最近幾年我國(guó)的可焊性試驗(yàn)也越來(lái)越受重視。

在GJB 128A《半導(dǎo)體分立器件試驗(yàn)方法》、GJB 360A《電子及電氣元件試驗(yàn)方法》[1]和GJB 548A《微電子器件試驗(yàn)方法和程序》[2]中都分別規(guī)定了不同的電子元器件類(lèi)型所對(duì)應(yīng)的可焊性試驗(yàn)方法，其試驗(yàn)?zāi)康亩际菫榱藴y(cè)定在連接時(shí)要用低熔點(diǎn)焊接的電子元器件引線的錫焊可焊性。

1 常用的可焊性試驗(yàn)方法

電子元器件可焊性試驗(yàn)方法主要有焊槽法、潤(rùn)濕法、焊球法、彎液面測(cè)高法和烙鐵法，但常用的試驗(yàn)方法主要有焊槽法和潤(rùn)濕法，其它幾種方法實(shí)際中基本不會(huì)使用。

a）焊槽法

將試件以規(guī)定的速度浸入規(guī)定溫度的焊料中，停留規(guī)定的時(shí)間，然后以同樣的速度取出，通過(guò)觀察引腳粘錫程度而對(duì)元器件的可焊性進(jìn)行定性的評(píng)定。

這種方法不僅可以對(duì)任意形狀的元器件進(jìn)行可焊性評(píng)定，還可以對(duì)PCB板的可焊性進(jìn)行評(píng)定，所以這也是我們目前最常用的評(píng)定方法。但是，這種方法由于是用外觀觀察和可焊性面積來(lái)判定，不可避免地會(huì)引入主觀因素，且可焊性面積的測(cè)量也較難掌握，評(píng)定結(jié)果的誤差較大，所以焊槽法適合于企業(yè)或研究所內(nèi)部研究試驗(yàn)用，不適合第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)外進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn)。

b）潤(rùn)濕稱(chēng)量法

試件以規(guī)定的速度浸入規(guī)定溫度的焊料中，通過(guò)測(cè)量試件在焊料中不同時(shí)間的受力作用的大小來(lái)評(píng)定試件在焊料中的潤(rùn)濕程度。

潤(rùn)濕稱(chēng)量法是一種既定性又定量的測(cè)試方法，能反映試件在整個(gè)浸入過(guò)程中潤(rùn)濕程度的變化情況。但由于力的測(cè)量可以通過(guò)實(shí)時(shí)采樣的方式實(shí)現(xiàn)，因此，這種方法是目前可焊性評(píng)定方法中最完善的一種，也常常是評(píng)定電子元器件可焊性?xún)?yōu)劣的仲裁試驗(yàn)方法。

2 可焊性試驗(yàn)設(shè)備及對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的要求

目前國(guó)內(nèi)進(jìn)行可焊性試驗(yàn)基本分3種情況：1）利用進(jìn)口的可焊性試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)，由于國(guó)外很早就已推廣可焊性試驗(yàn)，進(jìn)口的試驗(yàn)設(shè)備的功能也較齊全，但設(shè)備的功能基本上只是針對(duì)完成浸焊錫的過(guò)程；2）利用國(guó)內(nèi)的可焊性試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)，隨著國(guó)內(nèi)對(duì)可焊性試驗(yàn)的推廣，國(guó)內(nèi)廠家也逐步地完善了對(duì)應(yīng)的設(shè)備，如廣州賽寶儀器試驗(yàn)設(shè)備有限公司生產(chǎn)的可焊性設(shè)備，也從最初的第一代產(chǎn)品，升級(jí)到了第三代產(chǎn)品，并且實(shí)現(xiàn)了潤(rùn)濕法可焊性試驗(yàn)設(shè)備的研制生產(chǎn)；3）直接使用鑷子在錫爐上進(jìn)行試驗(yàn)，這種純手工的方法既不安全也不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，只是一些小企業(yè)進(jìn)行內(nèi)部實(shí)驗(yàn)時(shí)采用。

國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的可焊性試驗(yàn)設(shè)備，基本上也是按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)分焊槽法及潤(rùn)濕法兩種形式，其中，焊槽法主要是實(shí)現(xiàn)焊料溫度的恒定，然后按規(guī)定的速度進(jìn)行浸焊錫試驗(yàn)；潤(rùn)濕法在焊槽法的基礎(chǔ)上，增加了測(cè)力裝置，實(shí)現(xiàn)了浸焊錫的過(guò)程中記錄潤(rùn)濕力的變化情況，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行元器件的可焊性的判斷，因此，潤(rùn)濕法可焊性試驗(yàn)設(shè)備既可以進(jìn)行潤(rùn)濕法試驗(yàn)，又可進(jìn)行焊槽法試驗(yàn)。

可焊性試驗(yàn)的試驗(yàn)步驟如圖1所示。

圖1 可焊性設(shè)備的常用試驗(yàn)步聚

可焊性試驗(yàn)儀器主要滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)的以下幾點(diǎn)要求：

a）焊錫溫度恒定的要求

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中均要求焊錫溫度應(yīng)恒定在±5℃或±2℃，例如：GJB 548B-2007《微電子器件試驗(yàn)方法和程序 方法2003.1可焊性》和GJB 548B-2007《微電子器件試驗(yàn)方法和程序 方法2022.2可焊性（浸潤(rùn)法）》中，均要求了焊錫的溫度為（245±5）℃；GJB 360A《電子及電氣元件試驗(yàn)方法 方法208可焊性試驗(yàn)》中，要求焊錫的溫度為（235±2）℃[1-2]。

可焊性試驗(yàn)儀器主要通過(guò)使用鈦合金進(jìn)行錫爐的設(shè)計(jì)，通過(guò)PID進(jìn)行加熱控制，普遍可實(shí)現(xiàn)200～400℃無(wú)級(jí)調(diào)溫，滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求。

b）浸漬及提起速度的要求

標(biāo)準(zhǔn)中要求元器件在試驗(yàn)過(guò)程中，浸漬和提起均要按規(guī)定的速度進(jìn)行。例如：GJB 360A《電子及電氣元件試驗(yàn)方法 方法208可焊性試驗(yàn)》中，要求浸漬和提起的速度為（20±5）mm/s；GJB 548B-2007《微電子器件試驗(yàn)方法和程序 方法2003.1可焊性》中，要求浸漬和提起的速度為（25±6）mm/s； GJB 548B-2007 《微電子器件試驗(yàn)方法和程序 方法2022.2可焊性（浸潤(rùn)法）》中，要求浸漬和提起的速度為（25.4±6.35）mm/s[1-2]。

試驗(yàn)設(shè)備基本采用步進(jìn)電機(jī)+精密絲桿的方式進(jìn)行速度控制，由于步進(jìn)電機(jī)通過(guò)細(xì)分，可達(dá)到每步只轉(zhuǎn)1.8°，因此可達(dá)到0.01的控制精度，從而滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求。

c）浸漬時(shí)間以及停留時(shí)間的要求

標(biāo)準(zhǔn)要求浸漬過(guò)程中以及在試驗(yàn)槽上方均需要停留一定的時(shí)間。試驗(yàn)設(shè)備基本采用可編程控制器作為設(shè)備的控制器，通過(guò)程序編制，可以實(shí)現(xiàn)并滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求。

d）潤(rùn)濕力的測(cè)量記錄以及曲線顯線

潤(rùn)濕力主要是針對(duì)潤(rùn)濕法可焊性試驗(yàn)的要求，例如：GJB 548B-2007 《微電子器件試驗(yàn)方法和程序 方法2022.2可焊性（浸潤(rùn)法）》和GJB 360A《電子及電氣元件試驗(yàn)方法 方法208可焊性試驗(yàn)》，就是對(duì)潤(rùn)濕法可焊性的具體要求，主要是潤(rùn)濕力與試驗(yàn)時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并通過(guò)對(duì)應(yīng)的關(guān)系進(jìn)行元器件可焊性的判斷。

試驗(yàn)設(shè)備基本采用精密天平機(jī)構(gòu)進(jìn)行潤(rùn)濕力的測(cè)量，并通過(guò)可編程控制器對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析及處理，然后通過(guò)在觸摸屏上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)圖表的輸出，進(jìn)而達(dá)到判斷元器件可焊性的功能的目的。

3 設(shè)備對(duì)應(yīng)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)在研制過(guò)程中主要指標(biāo)問(wèn)題的探討

試驗(yàn)類(lèi)的設(shè)備研制，主要的特點(diǎn)是需要第三方計(jì)量機(jī)構(gòu)對(duì)設(shè)備進(jìn)行計(jì)量才可以對(duì)外進(jìn)行試驗(yàn)，第三方計(jì)量機(jī)構(gòu)也是對(duì)應(yīng)主要的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)量認(rèn)證。然而，由于未形成行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并且各個(gè)設(shè)備使用方對(duì)試驗(yàn)要求不清楚，或?qū)?biāo)準(zhǔn)不熟悉，所以國(guó)內(nèi)目前關(guān)于可焊性試驗(yàn)設(shè)備的計(jì)量，基本上只進(jìn)行錫爐溫度的計(jì)量。

可焊性試驗(yàn)，目的就是為了驗(yàn)證元器件在焊接過(guò)程中的可焊性。隨著自動(dòng)化生產(chǎn)的普及，可焊性試驗(yàn)主要也是為了模擬元器件在自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中的焊接過(guò)程情況，從而將可能會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題在研究或試驗(yàn)階段就進(jìn)行排除，目前主要的焊接方式有波峰焊和回流焊，而國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)也是根據(jù)波峰焊和回流焊的特性，制定了以規(guī)定的速度浸入規(guī)定溫度的焊錫并停留規(guī)定時(shí)間的要求，因此，可焊性試驗(yàn)設(shè)備，其主要的技術(shù)指標(biāo)應(yīng)具備錫爐的恒溫指標(biāo)、浸漬速度的指標(biāo)和停留時(shí)間的指標(biāo)，并且應(yīng)對(duì)這3個(gè)技術(shù)指標(biāo)的內(nèi)容進(jìn)行計(jì)量。

對(duì)于錫爐的恒溫指標(biāo)，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了235℃和245℃兩個(gè)點(diǎn)，然而目前元器件的焊接都要求無(wú)鉛化，以前采用的是錫鉛合金，錫鉛合金合金的熔點(diǎn)基本上都處于200℃左右，而無(wú)鉛焊錫的熔點(diǎn)都是在280℃左右。因此，錫爐控溫的計(jì)量，主要是計(jì)量溫度偏差，而不是溫度點(diǎn)。

而潤(rùn)濕法可焊性試驗(yàn)，主要是在焊槽法可焊性試驗(yàn)的基礎(chǔ)上增加對(duì)潤(rùn)濕力的測(cè)量和記錄，因此，除了應(yīng)具備錫爐的恒溫指標(biāo)、浸漬速度的指標(biāo)和停留時(shí)間的指標(biāo)外，還應(yīng)具備潤(rùn)濕力的指標(biāo)。由于不同的樣品，潤(rùn)濕力會(huì)有所不同，因此對(duì)潤(rùn)濕力的計(jì)量，主要是計(jì)量設(shè)備測(cè)潤(rùn)濕力在規(guī)定的量程內(nèi)是否處于規(guī)定的誤差范圍內(nèi)。

比如，某廠的設(shè)備要求：潤(rùn)濕力設(shè)定范圍和顯示范圍：-9.8～9.8 mN，應(yīng)力測(cè)定靈敏度：1 mN，應(yīng)力測(cè)定精度：±0.5%。由于潤(rùn)濕力的測(cè)量原理是通過(guò)精密天平機(jī)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量，即主要通過(guò)測(cè)量樣品在試驗(yàn)過(guò)程中重力的變化，因此，-9.8～9.8 mN即相當(dāng)于樣品的潤(rùn)濕力體現(xiàn)在天平機(jī)構(gòu)上的重力變化范圍是：-1～1 g，測(cè)量精度是0.1 g，1 g的計(jì)量允許誤差是±0.005 g。

4 結(jié)論

目前，國(guó)外已經(jīng)開(kāi)始研究和采用新型的可焊性試驗(yàn)方法，主要有SERA、連續(xù)電化學(xué)衰減分析（Sequential ElectrochemicalReduction Analysis）、ICA離子色譜分析（IonChromatography Analysis）和FTIR傅里葉紅外檢測(cè)（Fourier Transform Infrared）。另外，一種成熟的可焊性修復(fù)技術(shù)ROSA（Reduced Oxide Soldering Activation）也已經(jīng)在逐漸地推廣使用[3]。

我們相信，隨著無(wú)鉛化的發(fā)展需要，可焊性試驗(yàn)將勢(shì)必會(huì)更受重視。隨著技術(shù)的發(fā)展，可焊性設(shè)備勢(shì)必會(huì)不斷地更新?lián)Q代，從而不斷地提高可焊性試驗(yàn)的技術(shù)水平。因此，設(shè)計(jì)優(yōu)良的可焊性試驗(yàn)方案，選擇最佳的可焊性試驗(yàn)方法，促進(jìn)生產(chǎn)廠不斷地提高電子元器件的制造工藝水平和質(zhì)量與可靠性，最終電子元器件產(chǎn)品的焊接可靠性也將得到進(jìn)一步的提高。

[1]GJB 360A-1996，電子及電氣元件試驗(yàn)方法[S].

[2]GJB 548A-1996，微電子器件試驗(yàn)方法和程序[S].

[3]王建國(guó).可焊性試驗(yàn)在航天器用電子元器件質(zhì)量保證中的應(yīng)用[J].航天標(biāo)準(zhǔn)化，2005（6）：1-4.