《电子辅料检测技术》PPT课件

1、电子辅料检测技术,信息产业部电子第五研究所 电子元器件可靠性物理及其应用技术国家重点实验室,电子辅料检测技术,助焊剂检测技术 焊料检测技术 焊锡丝检测技术 焊锡膏的检测技术 清洗剂检测技术 SMT专用胶检测技术,主要内容,2.1.1 助焊剂的基本组成,电子工艺用助焊剂,2.1.2 助焊剂的作用, 在钎焊过程中去除母材和液态钎料表面的氧化物，为液态钎料的铺展创造条件； 以液体薄层覆盖母材和钎料表面，从而隔绝空气起保护作用； 起界面活性作用，改善液态钎料对母材表面的润湿性。,固体金属的表面结构,2.1.2 助焊剂作用原理,助焊剂要去除的对象母材金属表面的氧化膜,固体金属最外层表面是一层0.2 0.

2、3nm的气体吸附层。 接下来是一层34nm厚的氧化膜层。所谓氧化膜层并不是单纯的氧化物，而是由氧化物的水合物、氢氧化物、碱式碳酸盐等组成。 在氧化膜层之下是一层110m厚的变形层，这是由于压力加工所形成的晶粒变形结构，与氧化膜之间还有12m厚 的微晶组织。,2.2 助焊剂的主要性能指标,外观 密度与粘度 固体含量（不挥发物含量） 可焊性 卤素含量 水萃取液电阻率,铜镜腐蚀性 铜板腐蚀性 表面绝缘电阻（SIR） 酸值,2.2.1 助焊剂的有关标准,液体焊剂： GB9491-88、JIS Z319786、QQS571、MILF14256以及IPCSF818 树脂芯焊剂： GB313188（00）J

3、IS Z328386（99） GB/T 15829.2-1995 J-STD-004(Requirements for Soldering Fluxes),2.2.2 助焊剂的技术要求1,(J-STD-004),2.2.3 焊剂技术要求2,2.3. 焊剂的检测方法1,2.3.1 外观 2.3.2 物理稳定性（引用GB/T15829.2-1995）用振动或搅拌的方法使焊剂试样充分混匀，各取50ml试样分别于2支100ml试管中，在条件 盖严，放入冷冻箱中冷却到52；条件 打开试管盖，将试样放到无空气循环的烘箱中，在452 下；各保持605-0min。分别在上述温度下观察和目测焊剂是否有结构上的分

4、层现象。,2.3. 焊剂的检测方法2,2.3.3 不挥发物含量(Solids Content, Flux) GB/JIS方法与IPC方法,一、将约6克焊剂(放入已恒量的直径约为50mm的扁形称量瓶中)准确称量(M1),并精确至0.002g后, 二、放入热水浴中加热,使大部分溶剂挥发.再将其放入1102（IPC：85）通风烘箱中干燥4h,然后取出,放到干燥器中冷至室温,称量； 三、反复干燥和称量,直至称量误差保持在0.05g之内时为恒量,此时试样质量为M2。 按下面公式计算焊剂的不挥发物含量。 不挥发物含量（）M2/M1100,2.3. 焊剂的检测方法3,2.3.4 黏性和密度 在5条件下，将医

5、用滴管插入焊剂中，依次将焊剂吸至滴管的不同高度，目测焊剂是否能很迅速达到这些高度。或用粘度计直接测量其粘度(Pas) 在温度为231下按密度计使用说明书要求测定其密度或按GB610-88规定的方法进行测试。,2.3. 焊剂的检测方法4,2.3.5 水萃取液电阻率 取五个100ml烧杯，清洗干净。再装入50ml去离子水。选择合适的仪器电极，在水温为232条件下测得的电阻率应不小于5105cm，并用去离子水洗过的表面皿盖好，以免受到污染。 分别在三个烧杯中加入0.1000.005ml焊剂试液，其余两个烧杯作为空白，用来核对。同时加热五个烧杯至沸点，并沸腾1min，冷却。将冷却的带盖烧杯放入温度为2

6、32的恒温水槽内，使其达到热平衡。 用去离子水彻底清洗测试电极，然后浸入只装有焊剂试液的烧杯内，测试电阻率，记录读数。 用去离子水彻底清洗测试电极，然后浸入只装有核对用去离子水的烧杯内，测试电阻率，记录读数。 用上述相同方法依次对剩下的焊剂试液和核对用去离子水进行测试，并记录读数。 当核对用去离子水的电阻率小于5105.cm时，说明去离子水已被污染，试验应全部重做。,2.3. 焊剂的检测方法5,2.3.6 卤化物含量铬酸银试纸法 铬酸银试纸的制备 将25cm宽的滤纸带浸入0.01铬酸钾溶液，然后取出自然干燥，再浸入0.01N硝酸银溶液中，最后用去离子水清洗。此时纸带出现均匀登陆桔红咖啡色。将纸

7、带放在黑暗处干燥，再切成长20mm20mm,放于棕色瓶中避光保存备用。 试验步骤 将一滴(约0.05mL)焊剂滴在一块干燥的铬酸银试纸上保持15s，将试纸浸入清洁的异丙醇中15s，以除去焊剂残留物，试纸干燥10min后，用弱眼检查试纸颜色的变化。 注：铬酸银试纸受游离胺基、硫氢化物、氰化物的干扰。,2.3.6 卤化物含量铬酸银试纸法图例,卤素腐蚀的例子,铬酸银试纸,2.3.6 卤化物含量容量滴定法,试验步骤 一、将相当于1g不含挥发物的焊剂精确快速称量（M）于50mL烧杯中，加入10mL甲醇，移入分液漏斗中，用25mL乙醚或苯分几次清洗烧杯，将清洗液倒入分液漏斗中，摇匀。 二、用75mL去离子

8、水萃取三次（每次25mL），将该萃取液置于250mL锥形瓶中，用移液管准确注入25mL0.02N硝酸银基准溶液，再加入硝酸（1：1）10mL。硝酸苯或甲苯5mL，充分摇匀，使其生成的氯化银沉淀凝聚。 三、加铁铵钒饱和溶液2ml，用0.02N硫氰酸钾溶液滴定，直到溶液出现橙色为止。按公式（3）计算焊剂中卤素的百分含量（均按Cl计算）。 Cl（）0.0355N(V1-V2.k)/M100 式中：M焊剂质量，g ； V10.02N硝酸银基准溶液用量，mL; V20.02N硫氰酸钾溶液用量，mL; N硝酸银基准溶液当量浓度； k换算系数。 用移液管准确吸取20mL硝酸银溶液于250mL锥形瓶中，加去离

9、子水60mL、硝酸（1：1）10mL、硝基苯或甲苯5mL、铁铵矾饱和溶液2mL，用0.02N硫氰酸钾溶液(V)滴定之溶液出现橙色为终点。 按公式计算k值： k 20/V,2.3. 焊剂的检测方法6扩展率测试,扩展率（） (D-h)/D 100 （h是焊点高度，v是焊环体积） 其中 D1.2407V 1/3 Vm (m是焊环的质量；是焊环的密度),2.3.7.2可焊性测试J-STD-004方法,焊环的准备 采用符合JSTD006标准要求的Sn60 直径1.5mm S级的实心焊锡丝制作焊料环，截取30mm上述规格的焊锡丝，绕成内直径为3mm的单个焊料环。 测试方法 在每块试片中部放一个焊料环、在环

10、中央滴0.05mL（约1滴）焊剂。再将这些试片水平地放置在26010 的锡焊槽的熔融焊锡表面保持15S，取出试样并水平放置，冷却至室温，用无水乙醇插去焊剂残渣，测量焊点直径，精确到0.01mm，换算成焊点的面积并用mm2为单位。,2.3.8 铜镜腐蚀试验,试样0.05ml, 23，50RH，24h,2.3.8 铜镜腐蚀试验图例,2.3.9 SIR测试JIS法,分别将0.3mL焊剂试样均匀滴加在按2.3.9.1条制备的三块试件上，并在23550的焊料槽上飘浮3s(有线路面向下)； 然后放入40和相对湿度为9095的试验箱中保持96h，取出后在室温和相对湿度为90条件下恢复1h； 用高阻仪【量程为

11、1061017，测试电压分别为500VD.C（Type1）或100V D.C(Type2）】测试12、23、34和45点间的绝缘电阻（1min后读数），取三块试件的平均值作为焊剂焊接后的绝缘电阻。,2.3.9 SIR测试IPC法,测试电压：100VDC 环境试验条件：85，85RH，Dia 50VDC，168h,2.3.10 酸值测定,溶液 1、 用0.1M氢氧化钾乙醇溶液中和到中性（刚好使酚酞指示剂显粉红色）的无水乙醇；2、 用0.1M氢氧化钾乙醇溶液中和到中性的甲苯；3、用0.1M氢氧化钾乙醇溶液中和到中性的异丙醇 试样制备 精确称量取样，液体焊剂至少2克；焊膏50克；焊锡丝150克，焊锡

12、丝和焊膏的焊剂提取规定的方法进行。 试验步骤 先分别用2.3.10.1中所述13溶液试溶解试样，根据溶解良好者确定测试所用溶液，然后用该溶剂50ml溶解精确称量的试样，加36滴酚酞指示剂，用标定后的0.1M的乙醇溶液进行滴定，直至溶液显粉红色。 酸值计算与表示 样品酸值单位：mg KOH/g (Flux)56.11VM/m 其中 V（ml）所耗标准氢氧化钾滴定液的体积 M（mol/L）所耗标准氢氧化钾滴定液的摩尔浓度 m为试样的质量（g）,2.3.11铜板腐蚀试验,试样制备 取制备好的铜片4片/样品,大小规格5151mm ,中央用钢球压凹3.2mm,将试样置于其中,在245260的锡炉上51秒

13、钟使其融化。 环境试验 将制备的试样4个/样品的其中三个置于401，932RH的环境中，进行10天的环境试验，另外一个样品置于干燥瓶（232，502RH）中作对照试验。 腐蚀试验结果评价 目测环境试验后的样品的焊点周边、焊剂残渣是否变色； 对比经环境试验的样品与干燥状态下贮存的样品的,2.3.12 残留物干燥度测试,焊点制作，其中如果是焊锡丝或焊锡膏样品则用相同重量的这些试样代替实心焊环,制作焊点。 在锡槽中取出后在室温下冷却一小时，将少许白垩粉撒在焊点表面，再用毛刷轻轻刷去，观察白垩粉是否容易刷去，如果容易刷去则表示该项目合格，否则不合格。,3.1 铅锡焊料-焊锡条,铅锡焊料的特性 1.锡铅

14、比例 2.熔点 3.机械性能 4.表面张力与粘度,3.2 铅锡焊料杂质影响,3.2.1 Sn60铅锡焊料杂质含量的上限,3.3 焊料的检测依据,(1) 适用于焊锡条的GB8012，JIS Z3282，QQS571F，JSTD006； （2） 适用于焊锡丝中焊料部分的GB3131，JIS Z3282，QQS571F，JSTD006； （3） 适用于炉锡块（炉锡）的JSTD001C，SJ/T10534-94;,3.4 .1 焊料主成份的分析,合金主成份主要包括锡铅比例，通常采用氧化还原滴定法测定锡，具体方法按GB10574.1-89进行，分析的含量范围为195wt，如果没有其它主成份的话，铅的含量

15、则一般不测，用余量来表示（即100Sn）。 Sn(%) = VT/m*100% V:滴定试液消耗碘酸钾标准溶液的体积, V ; T：碘酸钾标准溶液对锡的滴定度，g/ml; M:试料的质量；,3.4.2 焊料中微量杂质含量分析,该部分的分析采用AAS或ICP方法分析，即样品溶解后用原子吸收光谱或发射光谱进行分析,3.4.3 抗氧化能力测试,主要是测试单位时间内锡渣的产生量，步骤如下： （1） 测量所使用的锡炉中的熔融焊料的表面积； （2） 加入测试的焊料； （3） 调整锡炉的温度到使用的温度或2455并恒定； （4） 用铲子刮开锡炉表面已经产生的锡渣，并马上计时； （5） 定时刮取锡炉表面的锡渣

16、，冷却后称量，注意不要将焊料一同挂出称量。 （6） 计算单位时间单位表面积产生锡渣的量，必要时可作出锡渣产生量与时间的关系曲线。,4 焊锡丝性能指标,4.2.13 外观、尺寸测量与连续性,焊锡丝的表面用肉眼在规定抽取得每卷样本单位长度上进行全面检查，检查是否表面清洁/光洁/裂纹等。 用精度为0.01mm的千分尺测量，在经过外观检查的样品上，于距离试样两端5mm处及试样的中央三个部位的截面量取方向相互垂直的外径数据，取其平均值。 在按规定数量抽取得样本单位上截取60cm长的锡丝,以约10cm长度橫向截断6段,用肉眼观察截断面树脂芯的均匀性,用剪刀纵向剖开焊锡丝,观察其焊剂的连续性,4.2.4 焊

17、剂含量测试,切取质量为m1(g)的焊锡丝，将其放入丙三醇中进行加热熔化。在焊料和焊剂完全分离后，取出已固化的焊料，再用乙醇清洗。干燥后准确称量为m2(g)，按下试计算得焊剂含量： 焊剂含量（m1-m2）/m1100,4.2.6 焊锡丝喷溅试验,喷溅量,5. 焊锡膏,功能用途： 提供形成焊接点的焊料； 提供促进润湿和清洁表面的助焊剂； 在焊料热熔前使元器件固定。,焊锡膏是焊料合金粉末与助焊剂系统均匀混合而成的膏状体, 与再流焊配合应用于印刷电路板级电子组装.,本节将结合美国国家标准ANSI/J-STD-005(Requirements for soldering pastes)、IPC(The

18、Institute of Interconnecting and Packaging Electronic Circuit)标准IPC-TM-650(Test Method Manual)、JIS(Japanese Industrial Standard)Z-3197中的相关内容进行详细论述，并举例说明。 钎料合金的相关性能参数请参见ANSI/J-STD-006，钎剂的相关性能参数请参见ANSI/J-STD-004和IPC-SF-818。,5.1 焊膏的性能参数,5.1.1 焊料合金粉末的性能参数, 粉末颗粒形状，决定了粉末的含氧量及钎料膏的印刷性,(From Qualitek Inc.),分

19、球形和不定形两种 优选球形粉末，其比表面积小，氧化程度低。,5.1.2 焊料合金粉末的性能参数, 粉末粒度,目数的含义 目数越大，粉末颗粒直径越小，同时比表面积增大，含氧量也会增加,5.1.3 钎料合金粉末的性能参数,粒度的分类 对于精细节距封装 推荐：,- 表示可通过相应直径的网孔，+ 表示不能通过 注：此表为生产厂提供，粉末粒度的检测标准见3.1,0.63mm节距,0.5mm节距,5.1.4 合金粉末颗粒,颗粒形状：钎料合金粉末中至少有90%为球形，球形的定义标准为颗粒长-宽比在1.0-1.07之间。椭圆形颗粒的最大长-宽比为1.5。 颗粒尺寸：颗粒尺寸分布要求如下,金属百分比(又称固体含

20、量)：必须在65-96wt.%之间，与用户规定值的允许偏差为1%。,5.1.2 性能参数 粘度 (Viscosity),粘度可定义为一层流体相对于另一层流体运动时的阻力，也可以理解为材料发生流动或形状改变时的阻力。 常用单位：厘泊(centipoise) = mPas; kcps = Pas 焊锡膏应该是一种具有假塑性体响应的流体。其特点是在较高切变率下，切变率随切应力以大于正比的关系增加。应力下的这种“稀释”作用对于丝网印刷非常重要，它可以使钎料膏在印刷操作时粘性降低，流动性增强，易于流入丝印孔内并印刷到PCB的焊盘上。而在印刷之后，钎料膏粘度又增加，保持其填充形状而不向下塌陷。,标准：测量

21、值与用户规定值之间的允许偏差为10%。需要注意的是，对于50-300和300-1600Pas两种粘度范围，其测量方法略有不同，参见IPC-TM-650 之 2.4.34。 测量设备：转轴式粘度计；锥形盘粘度计。,5.1.3 性能参数 坍塌度 (slump),概念,IPC定义为：The spreading of a paste after printing(印刷后钎料膏的铺展)。过程是在重力和表面张力的作用下，钎料膏坍塌并从最初边界向外扩展，这会引起膏的流出，使相临近图形发生桥连。,检测方法,需采用2种模版厚度及模版图形和3种沉积尺寸(具体见下页)。 基板材料为磨砂玻璃/氧化铝陶瓷/玻璃环氧树脂

22、。模版和刮板均为钢。 试验条件：(1) 255oC、5010%相对湿度下，保持10-20分钟后； (2) 15010oC下保持10-15分钟后冷却至室温。,0.202.03mm 每组16个,0.332.03mm 每组18个,坍塌度试验用模版图形 (IPC-A-20),模版厚度为0.1mm 沉积尺寸分别为： 0.332.03mm 0.202.03mm,间距(mm),坍塌度试验用模版图形 (IPC-A-21),模版厚度为0.2mm 沉积尺寸分别为： 0.632.03mm 0.332.03mm,5.1.4 性能参数坍塌度 (slump),评价标准,5.1.5 性能参数锡珠 (solder ball)

23、,IPC定义为：A soldering process residue consisting of small spheres on the printed circuit board surface(钎焊过程中在印刷电路板表面上形成的小球状残渣)。,测试结果： 印刷后1小时和24小时测试。,符合图示标准外；Type 3-4 合金粉：三个试验模板中不应超过一个出现有大于75（3），50（4）m的单个锡珠,5.1.7 性能参数 粘合力工作寿命 (tack/tackiness),IPC定义为：The ability of solder paste to hold components in pla

24、ce after placement(贴片后钎料膏与元器件的粘合力)。,将Malcom FG-1型钎料膏测试仪的圆柱型探针以50g的压力、0.2mm/秒的速度接触沉积点，再以10mm/秒的速度抽出探针，记录打破接触所用的最大力即为粘着力。同时记录粘着力和钎料膏印刷后的放置时间。,5.2 性能参数其它,腐蚀性 电迁移（见胶粘剂部分） 卤素 润湿性（IPCTM650 2.4.45） SIR （与助焊剂部分相同）,6 电子清洗剂,主要性能指标： 使用安全性 使用兼容性 电气强度与绝缘性 环保标准 清洗效果,6.1 比重与密度测量,比重计法 密度瓶法,6.2 沸点与沸程测量,按GB61588标准进行，

25、采用蒸馏法,6.3 闪点测量,按标准GB26183规定的方法进行测试,6.4 腐蚀性（铜片）测试,按标准GB/T11138-89规定的方法要求进行测试,6.5 对塑胶的腐蚀性(限聚酰亚安、环氧树脂、聚丙烯塑胶)测试,按标准IPC-TM650 2.3.3规定的要求进行测试。结果表示为外观有无溶涨、腐蚀，标准件试验前后的重量与尺寸变化率,6.6 残留量测试,按标准GB9740-86规定的方法要求进行测试,6.7 常温挥发速度,在25,101.3Kpa环境下,用干燥后的已知表面积(S,cm2)的称量瓶，量取约10ml的样品，置于半密封的精密电子天平上，每530秒计录一次天平读数，共记录815个数据，

26、作出重量与时间的关系曲线，求得斜率K（mg/s），然后即可得到常温挥发速度Vn=K/S (mg/S.cm2)。,6.8 介电强度(Kv/mm)测试,按标准ASTM D877规定的方法要求进行测试,6.9 表面绝缘电阻测试,按助焊剂的JIS方法进行测试,4.10 溶解力测试（贝壳松脂丁醇试验）,按GB1113489款规定的方法进行测试,4.11 ODS含量分析,ODS是破坏嗅氧层物质的缩写，主要包括1，1，1三氯乙烷、氟利昂、哈龙以及四氯化碳等，由于它们都是有机液体或气体，可以用GC-MS（气相色谱质谱联用设备）进行分析,相对精度(误差)要求小于100%,4.12 清洗效果的评价(清洗后离子污染

27、值测试),该项目的测试可按标准IPC-TM-650 2.3.25规定的程序方法进行。 该项目的测试可按标准GB4677.22-88规定的程序方法进行,。,7 SMT专用胶粘剂,术语解析 （1） 初始强度 green strength 胶粘剂未硬化的胶接接头或装配件的强度。 （2） 贮存期 shelf life 在规定条件下，材料或产品仍能满足技术要求并保持适当使用性能的存放时间。 （3） 放置时间 working time 涂胶前胶粘剂暴露于规定环境中仍能保持规定化学、物理性能的最长时间。 （4）粘度 viscosity 胶粘剂的一种流体内部抗摩擦的性质，它与所施加的力成正比。 （5） 触变率 thixotropic ratio 两种不同剪切速率下测得的粘度之比，用于表征触变性。 （6） 塌落 slump 胶粘剂涂布后在固化过程中展开的距离。 （7） 铺展 spread 胶粘剂涂布后再室温条件下展开的距离。 （8） 表面绝缘电阻 surface insulation resistance 指定环境条件下，在各种不同组合的触点、导体、地线间测量出的绝缘材料（此处是指胶粘剂和