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錫膏制造基礎講座之九 錫膏檢驗項目

膏制造基礎講座之九 錫膏檢驗項目

1,錫粉顆粒與形狀測試

      目的:良好的錫粉形狀(球狀)與粒徑范圍,將有助于印刷時的下錫性;

      規范標準:依據參考J-STD-005之3.3 Solder Powder Particle Size;IPC-TM-650之2.2.14;

      測試儀器:3D畫像測定儀;

      測試方法:使用80倍以上的顯微鏡觀察錫粉外觀。并利用隨機取樣的方式計算出錫粉的粒徑分布范圍,同                          時觀察錫粉的形狀是否呈現為“真球狀(正圓球或橢圓球--合格)”或者是“不定形狀”。

2,錫粉合金成份

      目的:確認合金的成份與不純物比例是否符合標準規范的規格;

      規范標準:參考依據JIS-Z-3282;

      測試儀器:火花放射光譜儀;

      測試方法:(1) 從錫膏當中取樣約250g并將flux用溶劑洗凈。

                         (2) 加熱使其成為錫塊。

                         (3) 將錫塊樣本放置在火花放射光譜儀上。

                         (4) 約莫30秒鐘之后電腦將自動將所設定測試的合金不純物比例列出。

      判定標準:鉛含有量不得超出0.1%。

 

3,助焊劑含量

      目的:確認助銲劑含量與標準值不超過±0.5%,避免錫膏加熱之后殘留過多的助銲劑;

      規范標準:依據參考JIS-Z-3197之6.1篇;

      測試儀器:電子天秤;

      測試方法:錫膏攪拌均勻后,精秤約30克樣品至250毫升燒杯中,記錄其重量為W1(g)。加入甘油,其量須                          能完全覆蓋錫膏,加熱使銲錫與助銲劑完全分離。取出已固化的銲錫,以水清洗。浸入乙醇中                          約5分鐘,常溫下再水洗并干燥之。精秤其重量記為W2(g)。依據式(1)計算助銲劑含量:助銲劑                          含量(%)=[(W1-W2)/W1]x100%。

      判定標準:是否符合廠商所附規格上的內容(助銲劑含量與標準值不超過 ±0.5%)。

 

4,粘度測試

      目的:確保錫膏印刷品質及保持良好的下錫性;

      規范標準:依據參考JIS-Z-3284之附件六4.1篇;

      測試儀器: Malcom 黏度計PCU 203型—;

      測試方法:(1)將銲錫膏放在室溫或25℃里2~3小時。

                         (2)將銲錫膏容器的蓋子打開,用刮刀避免空氣混入小心攪拌1~2分鐘。

                         (3)將銲錫膏容器放入恒溫槽。

                         (4)回轉速度調整在10RPM,溫度設定在25℃,約3Sce后確認被Rotor所吸取的銲錫膏出現在排                              出口后,停止Rotor回轉,等到溫度穩定。

                         (5)溫度調整完后設定10RPM,讀取3Sce后的粘度值。

                         (6)接著設定3RPM的回轉速度,在回轉狀態下放6S.

                         (7)讀取6分鐘后的粘度值。

 

5,鹵素含量測試

      目的:檢測助銲劑中的氯或溴離子含量是否符合規范中所列的含量;

      規范標準:依據參考JIS-Z-3197之6.5:JIS-Z-3284之4.2(Flux for solder paste);

      測試工具:電位差自動測定儀(KYOTO AT-400); 電子自動天平(Denver Instrument M-120)、 回轉子、                              0.02M硝酸銀溶液;

      測試方法:1.精秤約10克錫膏樣品至250毫升燒杯中,加入約150毫升乙醇。

                         2.錫膏樣品重量x助銲劑含量=錫膏樣品中的助銲劑重量(即輸入滴定儀之size值);

                         3.將裝有樣品的燒杯移至電位滴定裝置充分攪拌后以0.02M硝酸銀溶液滴定至終點;

                         4.滴定儀可自動計算出氯含量,并繪出電位VS硝酸銀溶液耗用體積之圖形。

      判定標準:(1)是否符合廠商所附規格的內容;

                         (2) 參照JIS-Z-3284之4.2的規范。

 

6,錫珠測試

      目的:測試錫膏加熱融化后,于氧化鋁板上收縮成一顆錫球的能力與安定不飛濺的穩定度;

      規范標準:依據參考JIS-Z-3284之附件十一;

      測試工具:(1)氧化鋁基板(25×50×0.6~0.8mm)。

                         (2)鋼板(25×50×0.2mm):中心有直徑為6.5mm的孔洞。

                         (3)銲錫浴槽尺寸100×100×75mm

                         (4)放大鏡 :10~20倍(全景觀察用),50倍(銲錫球觀察用)。

      測試方法:(1) 當錫膏中的銲錫組成為Sn63Pb37及Sn60Pb40時,銲錫槽的溫度設定為235±2℃,當為其他                               合金組成時,溫度設定為較合金液相溫度高出50±2℃。

                         (2) 將銲錫膏輕輕攪拌均勻。

                         (3) 將鋼板置于氧化鋁基板上,以刮刀施以印刷以使錫膏完全填入金屬罩的孔洞中,然后移開鋼                                板并確認經印刷之錫膏的尺寸為直徑6.5mm且厚度為0.2mm即制得試驗片,制備兩個試驗                                  樣品。

                         (4) 將其中一個試驗樣品在條件(a)下加熱及熔化并將另一樣品在條件(b)下加熱及熔化。視需                                     要,在150℃下實施一分鐘的預熱。  

       條件(a)  印刷后一小時內;

       條件(b)  印刷后在相對濕度為(60±20)%且溫度為25±2℃的條件下放置24小時后以刮刀清理銲錫槽中銲錫的                      表面,將樣品水平地置于液狀銲錫的表面,錫膏熔化5秒鐘后將試驗樣品水平地自液狀銲錫的表面                      移出,令其冷卻直到試驗樣品銲錫固化。

      判定標準:(符合2級以上) 銲錫(粉末)溶融,銲錫變成一個大球;

                          在周圍有直徑75μm以下的錫球在3個以下。

 

7,擴散性實驗

      目的:測試錫膏的吃錫性,確認其清除氧化物的能力;

      規范標準:依據參考JIS-Z-3197之6.10;

      測試工具:銅板:符合JIS H 3100之C 1201 P或者C1220 P級的加磷去氧化銅板,其尺寸為0.3 x 50 x 50                                          mm。?

                         加熱板:加熱板應能設定及維持溫度在220-230℃。?

                        分厘卡:符合JIS B 7502者或等同于或優于彼的量測裝置。

      測試方法:(1)將銅板浸沒于二甲苯中并以#500砂紙研磨以去除氧化膜。

                         (2)研磨后以異丙醇將附著至銅板表面的污物清除,置于空氣中完全干燥。

                         (3)將銅板置于溫度約為150℃的烘箱中1Hr以實施氧化處理。

                         (4)將銅板自烘箱中取出并冷卻至室溫,精秤約0.3克的錫膏至銅板上.

                         (5)將銅板置于溫度為220-230℃的加熱板上30秒,令錫膏熔化擴散.

                         (6)冷卻至室溫后,以異丙醇將殘余的助焊劑去除,并風干。

                         (7)以分厘卡量測銲錫擴散后的高度并計算擴散率。

                                                    D-H

     計算方法:擴散率(%) = --------------x 100%

                                                       D

   H:擴散之銲錫的高度(扣除空板厚度);D:假設擴散的銲錫為球體時,其直徑(mm);

   D=1.24V1/3 ;V:重量/比重

      判定標準:由于無鉛的擴散率尚未制定標準,但是以目前的經驗,其擴散率大致上介于70~80%為可接受                            范圍。

8,潤濕性實驗

      目的:測試錫膏的濕潤性能力,確保錫膏的吃錫效果;

      規范標準:依據參考JIS-Z-3284之附件十;

      測試儀器:沾錫天秤;

      測試材料:(1)試驗板 (a)銅板 JIS H 3100適合C1201P或C1220P的磷脫酸銅板,尺寸為50*50*0.5mm(b)黃                                銅板 JIS H 3100適合C2680P的黃銅板,尺寸為50*50*0.5mm。    

                         (2)砂紙(600番?耐水)

                         (3)異丙醇

                         (4)鋼版厚0.2mm、直徑6.5mm的孔4個,開在距中心處10mm位置。

                         (5)刮刀(scraper)

                         (6)空器循環干燥器

                         (7)銲錫浴槽(100*100*75mm以上,在Sn60/Pb40的銲錫時,能保持溫度235±2℃或215±2℃的東                              西,浸漬器具需使用低熱容量的東西。

      測試方法:銅板及黃銅板各試驗一次。

                         (1)將銲錫浴槽設定在235±2℃。如考慮用VPS時則設定在215±2℃。

                         (2)銲錫膏放置到與室溫相同為止。

                         (3)用異丙醇將銅及黃銅的試驗板擦拭干凈。

                         (4)將試驗片的單面用砂紙沾水研磨。首先同一方向研磨,再以先前呈直角的方向研磨。

                         (5)用異丙醇再次擦拭表面。

                         (6)將銲錫膏用刮刀攪拌均勻。

                         (7)表面研磨后1小時內,把鋼板蓋表面。

                         (8)涂抹錫膏,用刮刀將鋼板上的孔完全涂滿。

                         (9)自基板取下鋼板。

                        (10)如有預備干燥,將涂試驗板放到150℃的空氣循環干燥器里處理1分鐘。

                        (11)銲錫溶槽的表面用刮板加以清除干凈。

                        (12)將表面涂有銲錫膏的基板以水平放置在銲錫浴槽上加熱。

                        (13)自銲錫融解起5秒后,將基板取出。

                        (14)水平放置直到基板上銲錫固化。

                        (15)檢查擴散程度。 

        判定標準:

                                           越接近下表指標1代表濕潤性越好!

擴散程度區分

擴散狀態

1

由銲錫膏融解的銲錫,把試驗板濡潤,擴散到所涂布銲錫膏面積以上的狀態。

2

涂布銲錫膏處完全為銲錫所濡潤的狀態。

3

涂布銲錫膏處大部份為銲錫所濡潤的狀態(亦包含有De-wetting)。

4

試驗板并無銲錫濡潤的樣子,溶融銲錫變成一個或多數量錫球的狀態(Non-wetting)。

 




備注1.在黃銅板上,銲錫因毛細現象,沿著銼刀的溝有時會擴散到主要擴散面積以外的地方,  

          此多余的擴散為無光澤,可不予理會。

       2.有時亦會有極細小的小錫球,此為回銲不均勻所致,不特別加以評價。

       3.將銲錫浴槽設定235±2℃的理由,為考慮使用共晶銲錫。有關共晶銲錫以外的合金

          時,銲錫浴槽設定溫度為比合金的液相線溫度高50±2℃。使用VPS時,試驗溫度      設定在215±2℃。

 

9,印刷性實驗

      目的:測試錫膏的印刷性,確認印刷品質;

      規范標準:內部制定試驗方法;

      測試儀器:印刷機---DEK 265,顯微鏡;

      測試工具:鋼板---升貿,PCB板---PTC-SP-001;

      測試方法:(1).取一平面板作為印刷用板;

                         (2)鋼板開孔設計,開孔間距分為6mil(0.15mm)、8mil(0.2mm)、10mil(0.25mm);

                         (3).鋼板使用厚度為0.13mm、0.1mm(4). 印刷機參數為刮刀速度(25mm/sec),刮刀壓力                                           (5.4kg),脫模速率(0.99mm/sec)脫模距離(1.5mm)。

                         (4)將錫膏由自動攪拌機攪拌后開始印刷,連續印刷12片不擦拭鋼板,使用150倍放大觀察短路                                數量,并加以紀錄。

      判定標準:紀錄其短路數量,并從四種錫膏當中選擇較優的一款。

 

10,坍塌性實驗

      目的:測試錫膏于受熱時的抗坍塌性,以防止短路與錫球的發生;

      規范標準:依據JIS-Z-3284之附件八;

      設備:(1)用(I)3.0×0.7mm或(II) 3.0×1.5mm2種模型,將其由0.2mm到1.2mm止以逐次漸加

                     0.1mm方式配置之2種模型厚0.20+0.001mm的黃銅板或者不銹鋼板;

                  (2)銅張積層板(80×60×1.6mm);

                  (3)空氣循環式加熱爐(加熱溫度:200℃以上) ;

                  (4)砂紙(600番);

                  (5)異丙醇;

      測試方法:(1)用砂紙研磨銅張積層板,用異丙醇清洗;

                         (2)將鋼版置放在銅張積層板上,使用適當的刮刀(squeegee)來印刷錫膏,然后拿開鋼版。

                         (3)在空氣循環加熱爐中,將印刷過的試驗板加熱1分鐘。共晶銲錫時為150℃,低融點銲錫時為                              比固相線溫度低10℃;

                         (4)種模型的5列之中,測定記錄所印刷的銲錫膏全體不會變成一體的最小間隔;

      判定標準:在2種模型中的5列,所印的銲錫膏全體不會變成一體的最小間隔。

 

11,銅鏡試驗

      目的:利用銅鏡是否有透光,顏色消失來檢測助銲劑對真空蒸鍍成的銅鏡的侵蝕性;

      標準規范:依據參考IPC-TM-650之2.3.32;

      測試方法:將約0.05ml的助銲劑溶液滴于銅鏡上,并且將銅鏡置于溫度為23±2℃及相對濕度為50±5%RH的                          試驗箱中,放置24小時;

      判定標準:銅鏡的銅膜不能被除去而透光。

 

12,鉻酸銀試驗

      目的:利用鉻酸銀試紙的顏色變化來檢測助銲劑中氯、溴離子的含量;

      規范標準:依據參考J-STD-004之3.2.4.2.1以及IPC-TM-650之2.3.33;

      測試方法:將錫膏當中的助銲劑萃取后,再把一滴助銲劑溶液滴于51mm×51mm的鉻酸銀試紙,約過了                              10min后,觀察試紙上顏色的變化;

      判定標準:試驗紙不能變為白色或白黃色;

                         試驗紙未變為白色或黃白色,合格(不含氯溴離子);

                         試驗紙變為白色或黃白色,不合格(含有氯溴離子)。

 

13,銅板腐蝕試驗

      目的:主要驗證助銲劑殘渣殘留在基板上是否會造成腐蝕的現象;

      規范標準:JIS-Z-3197 之6.6.1 或者IPC-TM-650之2.6.15;

      測試方法:秤取0.3克錫膏置于銅板上。將此試驗板置于220℃的加熱板上使銲錫熔化。熔化狀態下保持5秒                          鐘。將此試驗板冷卻至室溫。然后再將此試驗板放在40℃,相對濕度90%的環境中放置96小                              時;

      判定標準:與室溫下儲存之比較用試驗板互相比較,其腐蝕性不會更為顯著。

 

14,表面絕緣阻抗(S.I.R)試驗

      目的:確認錫膏回銲后的助銲劑殘留,是否有足夠的絕緣阻抗值;

      規范標準:依據參考JIS-Z-3284之附件三;

      測試儀器與材料:恒溫恒濕箱 & 絕緣抵抗計 & 梳型電路板;

      測試環境條件:溫度40℃,相對濕度90%,或溫度85℃、相對濕度85%,168小時;

      測試方法:(1)、試驗板之取得:

                               (a)銲錫膏的涂布法:在梳形電極的重疊部的電極部,將與電極的線圖相合加工成條狀厚                                          100μm的金屬板,把錫膏平均印100μm的厚度;

                               (b)銲錫膏的溶融:放到設定150℃干燥器內2Min,接著放在保持260℃熱板上,將錫膏溶融                                    30秒(銲錫溶融需能保持15秒以上)。放冷后,成為試驗片。印刷后及回銲后,用放大鏡確                                    認試驗片有無塵埃附著,如有附著用鑷子夾除;

                           (2)、恒溫恒濕箱之設定:

                                (a)對電極的配線,用同軸電纜線,放入恒溫恒濕槽前用DC 100V,測量各端子間的絕緣抵                                       抗值;

                                (b)設定chamber的環境條件為40℃、90%R.H;

                                (c)于chamber中置放24Hr后,利用100V DC電壓量測其阻值;

                                (d)施加一偏壓+48V,于施加偏壓后第24、96、168Hr,以-100V電壓量測試片阻值。

                                    判定標準:每個樣品取三片進行測試,并取相乘平均值。經過168Hr之后,所有樣品皆                                       須達到1×10^10以上才算通過。

 

15,電子遷移試驗

      目的:確認錫膏回銲后的助銲劑殘留,是否于電路間因高溫及高濕環境下形成漏電流,而隨著電子遷移形                  成樹突狀細絲;

      規范標準:依據參考JIS-Z-3284之附件十四;

      測試儀器與材料:恒溫恒濕箱 & 絕緣抵抗計 & 梳型電路板;

      測試環境條件:溫度40℃,相對濕度90%,1000小時;

      測試方法: (1)、試驗板之取得(a)銲錫膏的涂布方法:在梳形電極的重疊部的電極部,將與電極的線圖相                                     合加工成條狀厚100μm的金屬板,把錫膏平均印100μm的厚度.(b)銲錫膏的溶融  放到設                                      定:150℃干燥器內2 Min,接著放在保持260℃熱板上,將錫膏溶融30 S(銲錫溶融需能保                                    持15S以上)。放冷后,成為試驗片。印刷后及回銲后,用放大鏡確認試驗片有無塵埃附                                      著,如有附著時則用鑷子夾除;

                           (2)、恒溫恒濕箱之設定:

                                 (a)在各電極配線,顧慮凝集水滴不會滴落到梳形板的模型上,順依4.(1)所示之條件,將試                                       驗片放入所設定之干凈的恒溫恒濕槽,在電極間印加電壓DC45~50V;

                                 (b)在試驗片投入恒溫恒濕槽后1000 Hr,自槽內取出用放大鏡(20倍以上)確認遷移情況。

                                      判定標準:每個測試樣品取三片,用放大鏡如看到一極往另一極生成樹枝狀的金屬的                                           話,即可判定有遷移發生。

 

16,拉力測試

      測試目的:測試錫膏焊接后電子元件的牢固能力﹐承受的推拉力大小;

      測試速度:10mm/min,實驗中常用的電子元件是QFP﹐拉力的大小為>0.5㎏/load;

      測試感應器:推拉力測試機2000N load cell。

 

17,X-Ray測試

      實驗目的﹕利用X-Ray檢測零件內部錫膏焊接后有無氣泡﹐空焊﹐短路﹐斷裂等問題;

      實驗設備﹕X-Ray 檢測儀﹐顯微鏡;

      檢驗標準﹕觀測有無有無氣泡﹐空焊﹐短路﹐斷裂等問題。

 

18,切片測試

      實驗目的:切片研磨以從側面觀測 IC錫球的焊接效果;測試IMC合金層的厚度;

      實驗設備﹕精密切割機,真空包埋機,研磨機,顯微鏡;

      實驗標準﹕IPC-610-D;

      實驗步驟﹕用精密切割機把電子元件從電路板上切割下來﹐用真空包埋機封裝﹔研磨處理完后用顯微鏡觀                          測;切片觀察結果。

 

19,震動測試

      實驗目的:測試焊點在震動后的性能穩定性﹐震動后是否功能良好;

      振動頻率:5500 Hz ,Input Acceleration:3.13 Grms﹔持續時間:10 mins /axis;震動方向: 垂直                                  (X.Y.Z)軸方向;

      參考標準:Refer to pdf document R0507336 Vibration;

      實驗設備:UD S452;Software:VWIN 4.19,Accelerometer:UNHOLTZDICKIE 10B10T(S/N:5619);

      溫度控制﹕Temperature:25±10℃;

      檢驗標準﹕實驗后無任何功能性不良﹐電路問題。

 

20,沖擊測試

      實驗目的﹕測試焊點經受沖擊后的穩定性。

      實驗條件﹕方形波力度:50g﹔速率:170 in/s;

      沖擊方向﹕3面沖擊(X+/X, Y+/Y, Z+/Z);

      Shock Tester:AVEX/SM220.MP (S/N:ED0022);

      Accelerometer:PCB 353B15;

      實驗溫度:25±10℃;

      檢驗標準﹕實驗后無任何功能性不良﹐電路問題。

 

21,熱循環

      實驗目的﹕測試焊點的耐高溫性能﹐是否在高溫高濕環境下功能良好;

      測試方法﹕轉速:10℃/min﹐1000 Cycles;

      持續時間:10minutes;

      溫度要求:0-100℃;

      實驗設備﹕WEISS WK11-2707017-LIN;

      檢驗標準﹕實驗后無任何功能性不良﹐電路問題。

 

22,高溫高濕

      實驗目的:測試焊點的耐高溫高濕性能﹐是否在高溫高濕環境下功能良好;

      溫度要求: 0~~500℃;濕度: 90%;

      實驗步驟﹕Cycle Time:24h/cycle﹔Total 3cycles,72hours;

      實驗設備﹕ESPEC PDL-4K;

      檢驗標準﹕實驗后無任何功能性不良﹐電路問題。

 

23,跌落實驗

      實驗目的:測試焊點的耐高溫高濕性能﹐是否在高溫高濕環境下功能良好;

      溫度要求: 0~~50℃;濕度:90%;

      實驗步驟﹕Cycle Time:24h/cycle,Total 3cycles,72hours;

      實驗設備﹕ESPEC PDL-4K;

      檢驗標準﹕實驗后無任何功能性不良﹐電路問題。


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