ГОСТ IEC 61189-3-2013. Межгосударственный стандарт. Методы испытаний электрических материалов, печатных плат и других структур межсоединений и печатных узлов. Часть 3. Методы испытаний материалов для структур межсоединений (печатных плат)
12.10 Испытание 3X10: Паяемость, испытание металлизированных отверстий, проводников с поверхностным монтажом и соединительных контактных площадок при вращательном погружении
12.10.1 Цель
В испытании приведены методы испытания, описания дефектов и иллюстрации по оценке паяемости поверхностных проводников печатных плат, соединительных контактных площадок и металлизированных сквозных отверстий. Испытание проводят с помощью испытательного устройства с вращательным погружением. Испытание предназначено для использования как клиентом, так и поставщиком.
Настоящий метод испытания не является методом производственной пайки и лужения для подготовки или пайки печатных плат или узлов.
Определение паяемости проводят с целью проверки, что технологические процессы изготовления и последующее хранение печатных плат не оказали вредного воздействия на паяемость частей печатных плат, предназначенных для пайки. Для этого проводят оценку паяемости образца для испытания, взятого из платы, или репрезентативного купона, обработанного в составе панели плат и в последующем взятого из нее для испытания по выбранному методу.
Цель испытания паяемости - определение способности поверхностных проводников и соединительных контактных площадок смачиваться припоем и выдерживать жесткие условия процессов сборки.
12.10.2 Образец для испытаний
12.10.2.1 Требования к образцу для испытаний
Образец для испытания должен представлять собой репрезентативный купон, участок испытуемой печатной платы или всю плату, если размер позволяет, которые могут погружаться на установленную глубину. Образец для испытания должен быть репрезентативным для испытуемой партии или производственной серии печатных плат.
Если образец для испытания необходимо испытывать для испытания приемки печатной платы, количество образцов для испытания должно быть указано в ТУ.
12.10.2.2 Информация об образце для испытаний
Образец для испытания должен представлять собой всю плату в целом, участок платы или рекомендуемый купон. На рисунках 29 и 30 показаны рекомендуемые купоны. Образец для испытания должен быть шириной, обеспечивающей зазор 13 мм от сторон тигля с припоем.
Рисунок 29 - Рекомендуемый образец для испытания элементов
с поверхностным монтажом
Размеры в миллиметрах
Рисунок 30 - Рекомендуемый образец для испытания
металлизированных сквозных отверстий
Если необходимо испытать металлизированные сквозные отверстия, минимальное количество отверстий должно быть 30 на испытуемую партию. Минимальное количество выводов (металлизированных сквозных отверстий, соединительных контактных площадок) на один образец для испытания должно быть шесть. Образец для испытания должен быть репрезентативным для изделия.
Длина подвергаемой воздействию поверхности образца в направлении перемещения должна быть (25 +/- 5) мм.
12.10.2.3 Срок службы покрытия
Требуемый срок службы покрытия должен быть регламентирован. Ниже приведены рекомендации по определению нужного уровня срока службы покрытия. Перед испытанием необходимо выполнить предварительное кондиционирование образцов и установить тип флюса в соответствии с таблицей 5.
Таблица 5
Требования к ускоренному старению и испытанию
Категория | Предварительное кондиционирование | Флюс |
1 (минимальный срок) | Без старения | Производственного типа |
2 (средний срок) | То же | Канифоль (см. 12.7.3.1.2) |
3 (максимальный срок) | Старение 8 ч | То же |
12.10.2.3.1 Категории срока службы покрытия
Категория 1: минимальный срок службы покрытия
Предназначается для плат, которые распаиваются в течение 30 дней со дня изготовления и на которые предполагается минимальное тепловое воздействие и воздействие припоя.
Категория 2: средний срок службы покрытия
Предназначается для плат, которые предполагается хранить до 6 мес со дня изготовления и на которые предполагается умеренное тепловое воздействие и воздействие припоя.
Категория 3: максимальный срок службы покрытия
Предназначается для плат, которые предполагается хранить в течение длительного времени (более 6 мес) со дня изготовления и на которые предполагается сильное тепловое воздействие и воздействие припоя.
12.10.3 Испытательное оборудование и материалы
Должны быть использованы следующие материалы и испытательное оборудование:
12.10.3.1 Материалы
12.10.3.1.1 Припой
В качестве припоя следует использовать Sn60 или Sn63. По согласованию между клиентом и поставщиком допускается использовать другие сплавы. Состав пайки должен поддерживаться в пределах, приведенных в таблице 6.
Таблица 6
Максимальное содержание примесей в ванне с припоем
Примесь <1> | Максимальное содержание примесей по массе <2>, % |
Медь | 0,300 |
Золото | 0,200 |
Кадмий | 0,005 |
Цинк | 0,005 |
Алюминий | 0,006 |
Сурьма | 0,500 |
Железо | 0,020 |
Мышьяк | 0,030 |
Висмут | 0,250 |
Серебро | 0,100 |
Никель | 0,010 |
<1> Содержание олова в припое должно поддерживаться в пределах +/- 1% номинальной массы используемого сплава. Содержание олова следует проверять с той же самой частотой, что и примеси меди/золота. Остальная часть ванны должна быть свинец или указанные выше элементы. <2> Общее содержание примесей меди, золота, кадмия, цинка и алюминия не должно превышать 0,4%. | |
12.10.3.1.2 Флюс
Необходимо использовать неактивную канифоль с номинальным составом, содержащим 25%-ной бесцветной, как вода, живичной канифоли, например типа LR3CN, в растворе 99%-ного изопропилового спирта. Плотность должна быть (0,843 +/- 0,005) г/см3 при температуре 25 °C. Другие типы флюса для испытания паяемости допускается использовать только по согласованию между клиентом и поставщиком (например, активированный флюс, описанный в IEC 60068-2-20 (пункт 6.6.2), см. также 12.10.6.1.2 настоящего стандарта).
Примечание - При хранении флюсов, используемых при испытании на паяемость, необходимо принять меры, позволяющие сохранять содержание твердых составляющих неизменным и предотвратить загрязнение флюса.
12.10.3.1.3 Материал для удаления флюса
Материал, используемый для чистки образцов для испытания перед испытанием на паяемость, должен быть способен удалять видимые остатки флюса.
12.10.3.2 Оборудование
12.10.3.2.1 Тигель/ванна с припоем
Необходимо использовать ванну с припоем с регулированием с помощью термореле, имеющую размеры, необходимые для помещения в них образцов. Если не согласовано иное между клиентом и поставщиком, ванна с припоем должна содержать припой в количестве, позволяющем поддерживать во время испытания температуру (245 +/- 2) °C на глубине 25 мм ниже поверхности.
Не реже чем каждые 30 рабочих дней, припой должен проходить химический или спектрографический анализ или заменяться. Рабочий день состоит из любых 8 ч или любой части этого периода, в течение которых припой сжижается и используется. Максимальное содержание примесей и Sn должно соответствовать таблице 6.
Если результаты испытания, оформленные в соответствии с требованиями пользователя, указывают, что содержание примесей не достигает предельных значений, интервал между анализами может быть увеличен.
Если содержание примесей превосходит предельные значения, указанные в таблице 6, припой должен быть заменен, и интервал между анализами должен быть уменьшен.
12.10.3.2.2 Оборудование для оптического контроля
Как правило, контроль следует осуществлять невооруженным глазом (очки для коррекции зрения допускаются), но в некоторых случаях допускается использовать системы простых или проекционных линз с максимальным увеличением 10х.
12.10.3.2.3 Оборудование для вращательного погружения
Необходимо использовать устройство, позволяющее перемещать образец по круговой траектории таким образом, чтобы плоская поверхность образца контактировала с припоем на постоянной скорости без остановки. Расстояние между нижним краем образца и папиросной бумагой должно быть (100 +/- 5) мм. На рисунке 31 показан пример оборудования для вращательного погружения.
Примечание 1 - Таймер выдержки времени установлен на (3,0 +/- 0,5) с.
Примечание 2 - Регулирование частоты вращения на радиус 100,0 мм на паяльной станции.
Примечание 3 - Выдержка времени в конце поворота радиусом 100 мм для отвердения припоя.
Рисунок 31 - Оборудование вращательного погружения
для испытания на паяемость
Части держателя, включая стопорную пружину (если установлена), контактирующие с образцом и/или припоем, должны иметь низкую теплоемкость и проводимость.
12.10.3.2.4 Оборудование для отсчета времени
В применимых случаях оборудование для отсчета времени должно быть автоматизированным и должно иметь точность, соответствующую требованиям настоящего метода испытания.
12.10.4 Метод
Выполнить следующие действия.
12.10.4.1 Ограничения
Настоящий метод допускается применять на большинстве конструкций печатных плат, имеющихся в отрасли. Из-за высокой теплоемкости, большого количества плоскостей и большой массы припоя в отверстии поведение толстых печатных плат отличается от поведения тонких плат. Эти факторы значительно снижают вероятность того, что все поверхности будут полностью в смоченном состоянии.
Если пользователю предоставлены достаточные свидетельства необходимости введения в процедуру испытания изменений, связанных с физическими характеристиками образца, а не с его паяемостью, должна быть оформлена документально и использована новая процедура, причем она должна быть использована только для этого конкретного случая.
12.10.4.2 Кондиционирование
12.10.4.2.1 Подготовка и кондиционирование образца для испытания
Образец (образцы) для испытания в состоянии поставки должен (должны) быть подготовлен (подготовлены) к испытанию в соответствии с методом кондиционирования 12.10.2.3, установленным пользователем. Необходимо принять меры, чтобы предохранить испытываемые поверхности от загрязнения (жира, пота и других загрязнителей).
По согласованию между клиентом и поставщиком, испытуемый образец может проходить другие типы предварительной подготовки, например, обезжиривание, чистку водой, полировку меди и пайки и/или горячую сушку.
12.10.4.2.2 Ускоренное старение
Ускоренное старение проводят в соответствии с испытанием 1P03.
12.10.4.2.3 Горячая сушка
Непосредственно после старения паром до испытания на паяемость все образцы должны проходить горячую сушку при температуре (105 +/- 5) °C в течение (60+15) мин для удаления влаги и других летучих веществ с поверхности. До нанесения флюса и испытания образцы для испытания необходимо охладить до комнатной температуры.
12.10.4.3 Нанесение флюса
Погрузить образцы для испытания в флюс на время 5 - 10 с на всю глубину, на которую будут проводить пайку. Состав флюса должен поддерживаться в соответствии с требованиями, указанными в 12.10.3.1.2. После извлечения из флюса дать ему стечь с образца в течение не более 60 с в вертикальном положении и положить на лист впитывающей бумаги. Затем через не менее чем 1 мин, но не более 5 мин после сушки впитывающей бумагой, выполнить испытание на паяемость.
12.10.4.4 Испытание при вращательном погружении
Время контактирования между любой точкой испытуемой поверхности образца для испытания и расплавленным припоем должно определяться таймером, включаемым при электрическом контакте датчика с расплавленным припоем. Наконечник датчика должен находиться рядом с образцом на держателе образцов. Датчик необходимо содержать в чистоте; он должен быть электрически изолирован от держателя образцов, на котором распаян.
Для удаления окислов и остатков флюса с поверхности припоя в испытательном цикле непосредственно перед вводом образца для испытания должна вводиться полоса политетрафторэтилена или другого аналогичного материала шириной 50 мм.
Непосредственно перед погружением с поверхности расплавленного припоя необходимо полностью удалить шлак и обожженный флюс/остатки флюса.
После нанесения флюса и стекания флюса по 12.10.4.3 установить испытуемый образец в держатель образцов испытательного оборудования.
Если не указано иное, отрегулировать температуру на значение, необходимое для погружения в припой образца размером от 0,75 до 1,0 мм. Для обеспечения воздействия припоя на образец включить испытательное оборудование. После того как образец полностью извлечен из ванны с припоем, до его снятия с держателя дать припою отвердеть в положении, в котором остановилось устройство. Необходимо принять меры, чтобы припой не перетекал через верхнюю поверхность образца. Это можно обеспечить выбором правильной ширины образца.
Выдержка времени на максимальной глубине должна быть не менее (3 +/- 0,5) с.
До проверки необходимо с образцов удалить флюс с использованием вещества, указанного в 12.10.3.1.3.
12.10.4.5 Оценка
Визуальный контроль следует проводить невооруженным глазом с коррекцией 20/20. Для контроля необходимо обеспечить правильное освещение. Для облегчения оценки на граничных участках и в случаях, когда клиент и поставщик согласовали применение визуальной проверки при более лучших условиях, рекомендуется использовать оборудование, описанное в 12.10.3.2.2.
Участок шириной 3,2 мм от нижнего края образцов для испытания оценивать не следует. Участки, с которыми контактировали приспособления для крепления, оценивать не следует.
12.10.4.6 Составляющие протокола
12.10.4.7 Оценка металлизированных отверстий
Необходимо оценивать только металлизированные сквозные отверстия, расположенные на расстоянии не менее 5 мм от любой поверхности или крепежной конструкции, которая во время испытания служила опорой для образца. Участок шириной 3,2 мм от нижнего края образцов для испытания оценивать не следует. Участки, с которыми контактировали приспособления для крепления, оценивать не следует. На рисунке 32 показано качество смачивания металлизированных сквозных отверстий припоем.
Рисунок 32 - Качество смачивания металлизированных сквозных
отверстий припоем
12.10.4.8 Протокол
Протокол должен содержать:
a) номер испытания и индекс издания;
b) дату проведения испытания;
c) идентификационную информацию всех типов/источников образцов (плата, участок платы, купон и т.д.);
d) количество испытанных образцов;
e) использованные условия кондиционирования;
f) критерии приемки/отбраковки и результаты для каждого испытанного образца;
g) любое отклонение от настоящего метода испытаний.
12.10.5 Дополнительная информация
12.10.5.1 Требования к флюсу
12.10.5.1.1 Использование неактивированного флюса
По двум главным причинам для испытания на паяемость используют неактивированные канифольные флюсы из чистого флюса: для обеспечения максимальной чувствительности во время испытания и для обеспечения применения правильного основного флюса для результатов испытания. Материалы из активированной канифоли имеют разные характеристики - как произведенные одним изготовителем, так и произведенные разными изготовителями. Поэтому в отличие от материалов из неактивированной канифоли они не обеспечивают стабильность материала основания, достаточную для целей испытания.
12.10.5.1.2 Другие типы флюса
В некоторых случаях необходимо использовать иные типы флюса, чем неактивированный флюс, флюс из чистой канифоли. Необходимо помнить, что разные типы флюсов могут давать разные результаты. Поэтому, если испытания проводят клиент и поставщик, важно, чтобы в обоих случаях применялся один и тот же тип флюса.
12.10.5.2 Требования к горячей сушке
12.10.5.2.1 Время между горячей сушкой и испытанием
Чтобы не допустить адсорбцию пара в слоистую структуру, время между горячей сушкой и испытанием на паяемость должно быть минимально возможным. Это время зависит от окружающей температуры и влажности.
12.10.5.2.2 Предварительная горячая сушка
Газовыделение, которое может привести к появлению газовых раковин, мизлинга, вздутий и расслоению, можно снизить горячей сушкой печатных плат и/или образцов для испытания до пайки и/или испытания на паяемость для удаления влаги и растворителей. К появлению дефектов могут приводить и другие факторы, например скорость конвейера (при испытании пайки волной), температура припоя, содержание примесей, поэтому при появлении проблем необходимо анализировать и эти причины. Образцы должны проходить горячую сушку в подходящей печи с целью удаления адсорбированной влаги. Время между горячей сушкой и испытанием не должно превышать 24 ч. Температуру и время горячей сушки следует определять индивидуально.
Печатные платы следует подвергать предварительной горячей сушке только в том случае, если предварительную горячую сушку используют в процессе производства. В целях предотвращения и роста интерметаллических соединений предварительная сушка должна быть сведена к минимуму, но, по крайней мере, она должна быть не меньше предварительной сушки в процессе производства.
Подписаться на обновления