這些專欄討論了許多關于RoHS順應的計劃以及無鉛制造業的變革對工藝和設備需求可能造成的影響。

制造商的某些已測試成功并進入全面實施階段的案例研究值得我們回顧一下。

在本月和下個月的專欄中，我們將介紹兩家知名的電子制造商研制的測試體制。這些公司對它們最終選擇使用的無鉛焊膏有不同的要求，因此，對工藝過程的評價會根據不同的要求進行修改。我們把本月討論的公司稱為"制造商X"。

定制焊膏設計
制造商X開始與它們挑選的焊膏供應商一起設計滿足各自品質要求和產品可靠性標準的無鉛焊膏。所有這些測試材料必須經過各自生產工藝的測試標準的產品評估。包括：

-- 焊膏沉積的容積評估
-- 回流工藝窗評估
-- 粘著性測量
-- 焊點質量評估
-- 空洞評估
-- 濕法分析
-- 改良的抗表面絕緣（SIR）測試

使用的測試板已被有機助焊劑(OSP)處理。所有被測試材料的焊膏合金由錫95.5銀3.8銅0.7 (SAC 387)組成（在空氣中進行回流）。錫63鉛焊膏用于控制材料特性比較。對制造商X而言，焊劑載體在每種焊膏里都是變化的。

制造商X的測試程序和測試分析

印刷
把在0、1和4小時等待時間時測得的焊膏的釋放和印刷性能作為印刷性能的測量標準。焊膏通過各種形狀和尺寸的模板孔如：10毫米至18毫米的圓形孔、12毫米至25毫米的方形孔、和9毫米 x 50毫米 至18毫米x 50毫米的橢圓形孔進行印刷。印刷速度、刮刀壓力和折斷參數是按每位焊膏供應商的建議制定的。

每種印刷測試成功與否由容積測量決定，使用激光層，加上目檢找出污染和堵塞的孔。為達到制造商X的要求，墊子上的焊膏沉積量的比率理論上必須和每次測試的一致。因此，1、2和4小時測得的焊膏容積測量應該無差別。盡管焊膏量差異開始超過1小時測量，但它仍可能在每次等待時得到最理想的結果。

要檢測小于12毫米的開孔口，模板需從背后照明并且每次測試 (0, 1 和 4 小時)時目檢后印刷。圖表1是通過10毫米孔的無鉛焊膏印刷失敗的示例，完全堵塞和部分堵塞的孔造成焊膏量不一致。

圖表：檢測小于12微寸的開孔口




焊膏粘著性
測試焊膏的粘著性，看它是否能在各種制造過程中保護部件。以IPC-TM-650測試程序為基礎，在0、1、2、4和8小時測量粘著力，通過測量從焊膏里拔出5毫米探針用的力來分析粘著力。對選用的焊膏，材料通過250微米厚模板上的直徑6.3毫米的圓孔印刷，流到陶瓷基片上，然后存儲等待評估。規定的存儲時間過后及印刷完畢后，粘著性測量立即進行，焊膏粘著性必須與0、1、2、4和8小時測得的一致。

回流曲線、濕法分析和排泄評估
制造商X需要一種可用于各種生產產品的焊膏，因此，這種成功的材料必須有相當寬的工藝窗口，使它能在所有的九種已完成的回流曲線中同樣運作良好。

圖表2：要求無鉛焊膏可在九種不同的回流曲線中成功運作。



回流時，峰值溫度和液相線上方時間之間的交互作用是不同的（參見圖表2），小墊子（銅和阻焊定義區的12毫米圓孔）上的接合性能被評定（參見圖表3和圖表4）。在空氣回流過程中出現的氧化粉、焊劑活性化降低、或溶劑用完導致焊膏的接合性差。

進行錫球和接合測試來評定專門的套印焊膏沉積的回流性能。焊膏在12塊測試板上印刷：六塊未用過的板和六塊已在回流爐中氧化過的板。兩塊立即回流、兩塊在室溫環境下放置兩小時后回流，兩塊在溫度30℃ ，90% RH的條件下放置一小時后回流。就接合性能和留在阻焊上的錫球痕跡對套印焊膏沉積進行檢驗。

圖表3：空氣回流中出現的氧化粉導致接合性能差



圖表4：使用的焊膏呈現出良好的接合性能



也進行加速壽命實驗（ALT）以進一步確定長期焊點質量和產品的可靠性。

濕法
在測試板的三個區域中評定濕法性能。材料印刷在9塊測試板上：三塊未用過的板、三塊已在回流爐中氧化過一次的板和三塊已在回流爐中氧化過三次的板。回流后，檢查指定區域，評估每種材料的濕法特性。（參見圖表5）

圖表5：焊膏的濕法測試結果



改良的抗表面絕緣測試
為了使無鉛焊接性能良好就必需使用催化劑，為確定催化劑是否會對設備的長期可靠性產生影響，制造商X評定了抗表面絕緣性能(SIR)。用一塊改良的IPC-B-25測試板進行SIR分析。為了更接近成品板，改良板增加了阻焊。在24到68小時內的不同時段進行電阻測定，需要5個以上不同的管道和至少108阻抗的電壓。

結果
經過上述嚴格的評定后，制造商X就能選擇出一種符合他工藝和質量要求的無鉛焊膏了。 他現在在全球各地全面執行他的無鉛工藝。下個月的專欄中，我們將調查制造商Y的案例研究，他有不同的要求 – 還將評論他對運行了六個月的無鉛工藝的質量檢測結果。


作者簡介
Brian J. Toleno是Henkel的電子集團應用工程組組長，Henkel位于加利福尼亞爾灣。他獲得化學理學士學位和分析化學博士學位。在加入Henkel前，他負責費城實驗室EMPF的失效分析。

Brian是IPC的底部填充手冊委員會(J-STD-030)主席及焊膏標準委員會(J-STD-005)的副主席。他還負責IEMT 2005項目，是SMTA的積極分子。他已發表的文章有SMTA的失效分析課程，兩章電子工程手冊，還為貿易刊物撰寫了大量論文。