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无铅焊点的可靠性和工艺控制

放大字体  缩小字体 发布日期:2011-04-25  浏览次数:123

IPC/JEDEC 机构对其原有的防潮标准已经进行了无铅应对的修改,而发布了J-STD-020C参考标准 (图1)。建议所有被称为无铅器件都应该承受得起这标准中的热曲线。

图1 J-STD-020C标准推荐的抗热能力曲线。

需要注意的一点,是该标准提供了一个范围值(图1中的蓝色部分)。这就允许供应商之间存在一定的性能差异。这在临界情况下可能会给用户带来一致性不足的问题。所以用户和供应商之间在使用这标准时应该有仔细和足够的沟通。

在过去,当器件发现超出防潮规范时,一个常用的做法就是对器件按照标准或供应商推荐的参数(温度和时间)进行‘烘烤’处理。这种做法在无铅技术中有必要进行重新评估。因为无铅对可焊性以及润湿性的要求较严格,而‘烘烤’工艺是对可焊性和润湿性不利的。

在无铅的较高热能处理下,由于对目前器件的破坏性和风险提高了,所以一些用户可能有必要对于其可能出现的破坏模式和原理进行更详细精确的了解。一种较好的做法是和供应商一起合作制定下列三方面的特性指标:

1. 可以承受的最高温度(以及时间-一般时间较短,例如3秒钟);

2. 能承受的最高升温或降温速率;

3. 能承受的总热能(整个焊接曲线的面积)。

需要分别以上三个特性的原因,是因为它们的破坏模式不同,处理方法不同,以及它们之间并没有固定和明确的关系。也就是说,一个能承受很高温度的器件,未必能承受较高的升降温速率。

目前市场上多数的测温器(Profiler)能够自动测量到上述前两项参数。例如“Reflow Peak Temperature” (焊接峰值温度)和“Slope”(斜率)。但一般不能自动测量第三项参数。这就需要测温器能够提供其所有测量的原始数据,有了原始数据群,用户就可以通过积分计算来获得第三项参数的值了。

焊接工艺

焊接过程是组装中热处理的主要部分。其过程包括了“升温”、“预热/浸泡”、“回流”和“冷却”几个步骤。所有这些工序,如果没有适当的处理,都可能造成对焊点可靠性的破坏或威胁。焊点的可靠性,在很大的程度上决定于IMC(金属间化合物或简称合金层)的形成状态。当IMC未形成或形成后的厚度太薄时,我们称该焊点为“虚焊”、“弱焊”或“冷焊”(因为经常是热能不足引起)。另一方面,当IMC形成的厚度过于厚时,由于合金层的一般脆弱性,焊点也可能是不可靠的。这我们也称之为“弱焊”或“脆焊”。在焊接过程中,IMC必须形成并具有适当的厚度。

 
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