《无铅波峰焊设备无表面处理金属材料的侵蚀测试方法》

1无铅波峰焊设备无表面处理金属材料的侵蚀测试方法本文件提供了一种用于测试无铅波峰焊设备焊料槽中未进行表面处理的金属材料以及与熔融焊料接触的其他部件的侵蚀评估测试方法。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。IEC61190-1-3电子组装用附件材料—第1-3部分：电子级焊料合金及含助焊剂与不含助焊剂的固体焊料的要求IEC60068-2-20:2008环境试验—第2-20部分：试验—试验T：带导线器件的可焊性及耐焊接热性的试验方法3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1侵蚀erosion基材与熔融焊料接触而溶解并变薄的现象。3.2无铅焊料lead-freesolder铅（Pb）含量不超过0.1%质量分数的合金，作为其组成成分，用于将元器件焊接至基板或进行表面涂层。[来源：IEC60194:2006,75.1904，有修改—采用“质量分数”替代“重量”]3.3废料dross熔融焊料表面形成的氧化物和其他污染物。[来源：IEC60194:2006,75.0410]4.1概述将试件安装在由电机（可能包括齿轮单元）驱动的测试设备旋转块上，然后将其浸入熔融无铅焊料中并旋转以模拟波峰焊设备中的焊料流动。在旋转指定的时间后，测量其侵蚀深度。24.2测试设备4.2.1试验设备说明测试设备应满足4.4条款规定的试验条件。测试设备与熔融焊料接触的部件材料应具有抗侵蚀性能或经过抗侵蚀处理。设备的详细规格见附录A。4.2.2试验设备配置示例测试设备的配置示例如图1所示。该测试设备由焊锡锅单元、旋转单元和控制单元组成。a）焊锡锅单元由一个用于熔化无铅焊料合金的加热器和一个可以旋转试件的焊锡锅组成。b）旋转单元由一个旋转驱动电机及试样装夹转台组成。c）控制单元通过温度传感器、控制机制及电机实现加热器温控与转速调节。由于试验过程中熔渣会扩散，试验设备最好具备排风功能。若不具备图示测试设备，其他配置和功能符合上述要求的试验设备也可以使用。图1测试设备配置示例34.3试件要求使用以下材料和形状的试件。a）试件的材料应与焊锡槽及其与熔融焊料接触部件的材料相同。b）试件的形状和材料名称应如图2所示，并应以雕刻的方式标注。c）试件的评定面为标有表面处理标识的表面（A面）及其背面（B面以及从下边缘到其上方454.4测试条件试验材料及试验条件见表1。表1测试条件），4.5测试方法4.5.1测试程序测试按照下面列出的步骤进行。a）用纱布或纸巾清洁试件表面。b）将清洁后的试件浸入清洁溶液（例如乙醇）中几秒钟，然后用新的纱布或纸巾擦拭试件表面。c）重复步骤a)和b)两次。d）完成步骤c)后1小时内，将清洁后的试件浸入4.4规定的测试助焊剂中几秒钟。e）浸渍试件后，将其从测试助焊剂中取出。用纸巾擦拭试件底部，以擦去试件上多余的助焊剂。f）将试件悬挂在空气中5至10分钟使其干燥。g）侵蚀试验需在完成步骤c)后1小时内开始。因此，在按步骤e)清洁试件，并按步骤f)浸入测试助焊剂中并干燥后，应将试件重新安装到旋转块上，使B面接触旋转块，但不接触熔融焊料。h）按照4.5.2中规定的除渣程序，清除焊锡槽中熔融焊料上的浮渣。将安装在旋转块上的试件浸入保持在规定温度的熔融焊料中。试件应浸入熔融焊料中至4.4中规定的深度，并由旋转电机以4.4中规定的转速旋转。旋转完成后开始记录试验时间。6i）在试验时间达到规定值后2小时内，将试件从熔融焊料中取出，并用废布将焊料从试件上完全擦去。j）按照4.4规定的频率清除焊锡槽中漂浮的浮渣。k）经过4.4规定的试验时间后，按照第5条规定的方法测量侵蚀深度。l）只有测试时间达到规定值时，才可以将试件从熔融焊料中取出。规定的测试时间应包括清除浮渣的时间和夜间设备停机时间。4.5.2熔渣去除程序按照下面的步骤去除浮在熔化焊料上的渣滓。a）电机停止旋转后，使用合适的夹具（例如多孔不锈钢勺）清除焊锡槽中漂浮的焊锡渣，并将焊锡渣放入密封容器中。b）检查焊锡槽中的焊锡量（确保浸入深度符合4.4的规定）。如果浸入深度不符合规定，则应补充焊锡。c）将试件浸入已去除焊锡渣的焊锡槽中，浸入深度符合4.4的规定。继续进行4.5.1规定的试验。5侵蚀深度测量方法（光学显微镜焦深度法）5.1概述试验结束后，试件的侵蚀深度按照以下步骤进行测量。5.2试件制备按照下面列出的步骤制备试件。a）按照4.4中规定的测试时间进行测试后，继续将试件浸入熔融焊料中，直至旋转停止。旋转停止后，将试件从焊料中取出。b）将试件从熔融焊料中拿起，并将其从旋转块上取下。c）将试件再次浸入熔融焊料中加热后取出。立即用棉布擦拭待评估试件的表面以去除残留焊料。如果焊料未完全去除，请重复步骤c)，直到所有焊料完全清除。5.3测量设备测量设备应由光学显微镜、数字指示器、CCD相机和显示器组成，并能测量焦深。测量设备的示例如图3所示。7图3使用光学显微镜的焦深度法测量设备配置示例5.4测量过程按照下面列出的步骤测量试件。a）准备5.2中规定的测量设备。（如果设备不包含CCD相机，则应使用正常或矫正视力观察试b）目视观察4.3中规定的A面和B面，提前找到表面最深的侵蚀区域（每个面上至少3个区c）将试件放置在测量设备上，设置显微镜的放大倍数为其最大值（放大倍数最好为200倍或更高）来找到最深的侵蚀区域。d）确定最深的侵蚀区域后，旋转显微镜的镜头滑动旋钮，将焦点对准视角范围内的未侵蚀区域。e）将数字指示器的读数进行归零。f）然后，旋转显微镜的镜头滑动旋钮，聚焦在最深的侵蚀区域。g）读取并记录数字指示器上的指示值。h）若测量设备具备图片采集功能，最好要拍摄侵蚀区域的照片。i）在每个面上测量侵蚀最深的位置，测量点至少三处，取最大值作为侵蚀深度。为排除熔渣侵蚀的影响，评估区域限制在距试件下边缘50毫米以内。浸渍深度规定为65毫米至70毫米。如果需要估算最大侵蚀深度，应使用附录B中的极值统计分析方法。86试验报告记录项目试验报告应包含下列各项内容（即使表1中已作说明仍需记录）：a）测量的日期和时间；b）试验及测量设备信息：生产厂家和设备编号；c）试件信息:2)热处理状态;3)加工工艺（如切割、研磨等）；4)表面状况;d）焊接材料;e）测试条件:2)旋转速度;f）是否存在侵蚀和侵蚀的深度；g）侵蚀情况(包括侵蚀状态详细描述及显示侵蚀位置的照片)。9测试设备和测量设备的规格A.1概述本附录提供了4.2中提到的测试设备以及5.3中提到的测量设备的规格。A.2试验设备的特点A.2.1概述本标准的试验设备由焊锡锅单元、旋转单元和控制单元组成，每个单元具有以下特性。A.2.2焊锡锅单元a）焊锡锅应足够大，能够容纳5公斤以上的焊锡，以便试件能够在其中旋转，且不会阻碍4.4b）焊锡锅应足够深，以便将试件浸入规定的深度。c）如果使用钢制焊锡锅，应处理焊锡锅表面以防止侵蚀。表面处理方法不作特别规定。d）加热器应能够熔化焊锡，并将熔融的焊锡加热至400℃。e）如果需要将加热器浸入熔融的焊锡中，应处理加热器表面以防止侵蚀。A.2.3旋转单元a）旋转装置配有一个驱动试件旋转的电机。b）旋转电机的轴上装有旋转块，用于固定试件。c）安装在旋转块上的试件在焊料中旋转至4.4规定的深度。A.2.4控制单元a）控制装置配备温度传感器，并使用温度调节器控制加热器。该装置能够将熔融焊料的温度保持在350℃±3℃。b）如果温度传感器需要浸入熔融焊料中达到4.4规定的深度，则传感器最好进行表面处理。d）最好能够自动记录4.4规定的测试时间。e）出于安全考虑，设备最好配备联锁或其他功能，以防止焊料过热。A.2.5通风要求由于试验过程中试件会旋转，焊渣和热气会扩散到周围的空气中，因此试验设备最好有排气管道进行通风。通风量在不影响焊料温度的前提下不作具体规定。A.3测量设备的准确性A.3.1概述本标准的测量设备应由光学显微镜、数字指示器、CCD相机、显示器组成，并具有以下测量精度。A.3.2测量精度测量精度=景深+数字指示器精度b）300倍:38+30=68µm或者更少。极值统计分析估算最大侵蚀深度的方法B.1概述本附录描述了通过本文件第5章中提到的极值统计分析估计最大侵蚀深度的方法。B.2估计方法B.2.1极值统计分析在试件上定义N个相同试验条件的测量区域，如图B.1所示。实验测定了各区域的最大侵蚀深度，采用耿贝尔分布（Gumbel分布）推算试样最可能出现的最大侵蚀深度。图B.1板状试样区域划分示例B.3估计过程B.3.1概述测量数据按照以下步骤进行处理，以进行极值统计分析。B.3.2试件的制备使用经过侵蚀试验的试件，并在试件上定义侵蚀深度测量区域，各区域应具有相同试验条件，测量区域数量不作强制规定，但应保证概率图纸上能形成线性曲线，推荐不少于8个区域。B.3.3侵蚀深度测量本文件未明确规定侵蚀深度测量方法，但为获得准确数据，宜采用采用酸洗去除焊料后通过X射线CT扫描测量深度。测量设备精度要求：实测侵蚀深度允许偏差±5μm。B.3.4数据处理方法应按下列公式进行数据整理：a）定义一个耿贝尔分布函数。耿贝尔最大值分布F(x)由式（B.1）求得.F(x)=expI__expt__(x__λ)/α}(B.1)x——区域最大侵蚀深度；λ——位置参数；α——尺度参数。b）定义耿贝尔概率纸纵坐标y：y为双指数分布（耿贝尔分布）的标准化变量，与式（B.1）结合可得式（B.2）。在此时y表示概率纸的纵坐标：y=__lnf__lnF(x)}=(1/α)x__(λ/α)(B.2)c）在耿贝尔概率纸上（纵坐