半導(dǎo)體元器件的可焊性測試方法研究

1、.學校代碼： 10289 分類號： tp306 密 級： 公開 半導(dǎo)體元器件的可焊性測試方法研究 許峰 江蘇科技大學 學 號： 103030013 江蘇科技大學 碩 士 學 位 論 文（工程碩士）半導(dǎo)體元器件的可焊性測試方法研究 研究生姓名 許峰 導(dǎo)師姓名 朱志宇 申請學位類別 工程碩士 學位授予單位 江 蘇 科 技 大 學 學科專業(yè) 電子與通信工程 論文提交日期 2013年 5 月19 日 研究方向 半導(dǎo)體可靠性研究 論文答辯日期 2014 年 3 月16 日 答辯委員會主席 林明 評 閱 人 2014 年 3 月 14 日精品.分類號： tn306 密級： 公開 學號：103030013工

2、學碩士學位論文（工程碩士）半導(dǎo)體元器件的可焊性測試方法的研究學生姓名許峰指導(dǎo)教師朱志宇 教授江蘇科技大學二o一四年三月精品.a thesis submitted in fulfillment of the requirementsfor the degree of master of engineeringsemiconductor components of the solderability test method research submitted byxu fengsupervised byprofessor zhu zhi yujiangsu university of scien

3、ce and technologymarch, 2014精品.論文獨創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學位論文是我本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得江蘇科技大學或其它教育機構(gòu)的學位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。 學位論文作者簽名： 日期：學位論文使用授權(quán)聲明 江蘇科技大學有權(quán)保存本人所送交的學位論文的復(fù)印件和電子文稿，可以將學位論文的全部或部分上網(wǎng)公布，有權(quán)向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交并授權(quán)其保存、上網(wǎng)公布本學位論文的

4、復(fù)印件或電子文稿。本人電子文稿的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容一致。除在保密期內(nèi)的保密論文外，允許論文被查閱和借閱。 研究生簽名： 導(dǎo)師簽名：日期： 日期：精品.摘要隨著半導(dǎo)體技術(shù)的迅速發(fā)展，電子產(chǎn)品的已進入各行各業(yè)，涉及航空航天、機械制造、電子商務(wù)等，可以說，我們大家的生活已無法離開電子產(chǎn)品?？珊感詼y試是電子產(chǎn)品生產(chǎn)制造過程中檢驗產(chǎn)品可焊接性能的一種必要手段。產(chǎn)品引線的焊接性能將直接影響到產(chǎn)品的使用，嚴重的焊接不良甚至會影響到整機的可靠性。而且此類不良很多是間歇性的，有時會影響維修人員對故障的判斷，造成一些不必要的損失。本文著重介紹了各類可焊性測試方法在元器件生產(chǎn)中的實際應(yīng)用，以及使用方法中的一些關(guān)鍵

5、點。通過在工作中的實際應(yīng)用，結(jié)合標準的要點和產(chǎn)品的特點，在不違背標準的情況下，針對各類不同的產(chǎn)品，使用不同的測試方法進行檢測，這樣能更有效的反應(yīng)產(chǎn)品的可焊接性能。特別是針對一些短引腳、無引腳產(chǎn)品，如何使用合適的方法，甚至說使用更有說服力的潤濕法來進行檢測。這些方法的研究，將有利于封裝廠在生產(chǎn)過程中改進產(chǎn)品電鍍品質(zhì)的檢測方法，能更快、更有效的發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的電鍍?nèi)毕?，及時調(diào)整生產(chǎn)工藝的，提高產(chǎn)品質(zhì)量，滿足客戶的需求。關(guān)鍵詞：可焊性；方法；標準；半導(dǎo)體元器件精品.abstractwith the rapid development of semiconductor technology, electro

6、nic products has entered into all walks of life, involved in aerospace, mechanical manufacturing, electronic commerce and so on, in other words, our life cannot leave the electronic products.solderability test is a necessary mean to inspect the product solderability during the electronic product man

7、ufacturing process. the solderability of the lead will directly affect the product using; serious bad soldering may even affect the reliability of the machine. and such bad soldering is intermittent; sometimes it will affect maintenance personnels judgment for fault, causing some unnecessary loss.th

8、is article emphatically introduces the practical application of all kinds of solderability test methods in the production of components, and some key points in using the methods. through practical application, combining the main points of the standard and the characteristics of the products, under t

9、he case of without violating the standard, for all kinds of different products, using different testing methods can reflect the solderability more effective. especially for some short pin and no pin products, how to testby the right method or more persuasive wetting method? the research of these met

10、hods will be of conducive forpackaging factory to improve the detection method of improving products electroplating quality in the process of production, and can find plating defects of product faster and more effective to adjust the production technology, improve product quality, and meet customer

11、demand timely.keywords: solderability, methods, standard, semiconductor components精品.目錄摘要abstract第1章 緒論11.1課題研究的目的和意義11.1.1課題背景11.1.2目的和意義21.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀21.2.1 課題來源21.3 課題的主要研究內(nèi)容4第2章 半導(dǎo)體元器件的可焊性描述62.1 可焊性描述62.2 測試可焊性的幾種主要方法62.2.1 可焊性測試前處理72.2.2 助焊劑的使用92.2.3 焊料的使用102.2.4 槽焊法112.2.5 電烙鐵法122.2.6潤濕稱量法132.3本

12、章小結(jié)17第3章 小型短管腳產(chǎn)品使用潤濕稱量法測試183.1小型短管腳產(chǎn)品的定義183.2 設(shè)備介紹183.3 sot-23產(chǎn)品的測試193.3.1 sot-23封裝介紹193.3.2 潤濕稱量法對sot-23產(chǎn)品進行測試203.4本章小結(jié)22第4章 無外引腳產(chǎn)品的測試234.1 無外引腳產(chǎn)品介紹234.2 槽焊法測試244.3 潤濕稱量法測試254.4 本章小結(jié)26第5章 基板封裝產(chǎn)品的測試275.1基板封裝介紹275.2 槽焊法對基板封裝進行測試275.3 電烙鐵法進行補充測試295.4 本章小結(jié)29結(jié)論30精品.參考文獻31致謝33精品.第1章 緒論1.1 課題研究的目的和意義1.1.1

13、課題背景1947年晶體管發(fā)明的同時，也開創(chuàng)了半導(dǎo)體封裝的歷史。封裝在滿足器件的電、熱、光、機械性能的基礎(chǔ)上解決了芯片與外電路互聯(lián)的問題，對電子系統(tǒng)的小型化、可靠性和性價比的提高起到了關(guān)鍵作用。進入21世紀以來，中國電子信息產(chǎn)品制造業(yè)加快了發(fā)展步伐，每年都以20%以上的速度高速增長，成為國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，整體規(guī)模連續(xù)幾年居全球第2位，全球目前67%的電子產(chǎn)品在中國生產(chǎn)。隨著中國電子制造業(yè)的高速發(fā)展，中國的smt技術(shù)及產(chǎn)業(yè)也同步迅猛發(fā)展，整體規(guī)模也居世界前列。隨著電子信息工業(yè)的全面發(fā)展和不斷升級，電子元器件的應(yīng)用已經(jīng)逐步滲透到各行各業(yè)；隨著歐盟推出的rohs指令全面實施，半導(dǎo)體元器件必須使用無鉛

14、電鍍，smt行業(yè)也全面推出無鉛焊接；隨著smt技術(shù)在計算機、網(wǎng)絡(luò)通信、消費類電子以及汽車電子等產(chǎn)品中的廣泛應(yīng)用，元器件的片式化率雖已超過60。50年前，每個家庭只有約5只有源器件，今天已擁有超過10億只以上的晶體管了【1】。所以說，半導(dǎo)體電子產(chǎn)品封裝已與國計民生的關(guān)系越來越緊密，其重要性已不言而喻。作為電子產(chǎn)品組裝的第一道工序，焊接的重要性也就非常大。器件引線的可焊性直接影響整機的可靠性和穩(wěn)定性。在整機的成千上萬個焊接點中，只要有一個是虛焊或脫焊的，整臺機器的運轉(zhuǎn)就會不正常，甚至停止。造成虛焊或脫焊的因素很多，主要是半導(dǎo)體元器件引線可焊性差【2】。電子產(chǎn)品的裝配焊接工藝中，若線路板、元器件可焊

15、性不良量將直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量，將加大質(zhì)檢人員的工作量并產(chǎn)生大量返修，造成人力財力的浪費，一些隱形的焊接問題比如假焊、虛焊和焊接強度差等，將直接帶來產(chǎn)品可靠性問題。可焊性測試通過對來料進行可焊性方面的測試，量化評估被測樣品的可焊性優(yōu)劣，直接對來料是否可投入于生產(chǎn)或經(jīng)過工藝窗口的調(diào)整后方能投入生產(chǎn)提供指導(dǎo)。對于元器件批次來料，但由于產(chǎn)量小導(dǎo)致存放時間長的工廠，可焊性測試更具意義，可在元器件使用前對其進行可焊性評估，以確定此批元器件的使用是否會導(dǎo)致焊接質(zhì)量問題的發(fā)生。對元器件生產(chǎn)廠商來說，正確的可焊性測試方法可以正確評估產(chǎn)品的可焊性，保證出貨的產(chǎn)品在客戶那里不會因為可焊性的問題而退貨。精品.如果使用

16、單一的可焊性測試方法可能無法對各種不同封裝類型的產(chǎn)品進行準確的可焊性評估。可焊性測試，英文是“solderability”，主要是依據(jù)潤濕面積、潤濕力、潤濕時間對元器件、pcb（印刷線路板 printed circuit board）、pad、焊料和助焊劑等的可焊接性能做一定性和定量的評估。1.1.2目的和意義可焊性測試是用于對元器件、印制電路板、焊料和助焊劑等的可焊接性能做一個定性或定量的評估。在電子產(chǎn)品的裝配焊接工藝中，焊接質(zhì)量直接影響整機的質(zhì)量。因此，為了提高焊接質(zhì)量，除了嚴格控制工藝參數(shù)外，還需要對印制電路板和電子元器件進行科學的可焊性測試。通過實施可焊性測試，幫助企業(yè)確定生產(chǎn)裝配后的

17、可焊性的好壞和產(chǎn)品的質(zhì)量優(yōu)劣。本課題的研究，進一步豐富了對印制電路板等元器件的可焊性測試技術(shù)手段，明確了影響可焊接性的內(nèi)在因素，對公司的技術(shù)工程師提高產(chǎn)品質(zhì)量和零缺陷的電鍍生產(chǎn)工藝給予了極大的幫助。自20世紀末期開始，江蘇長電科技股份有限公司（以下簡稱長電科技）迎來了公司史上發(fā)展最快的黃金時期。產(chǎn)品從單一的分立器件，擴展到集成電路、基板封裝；封裝形式也從原來的to-92、to-126等直插式發(fā)展到貼片式的sot(小型晶體管，small outline transistor)、sod小型二極管，small outline diode)、sop(小型外引腳封裝，small outline pack

18、age)系列和現(xiàn)在lga、bga系列以及后續(xù)的多層布線產(chǎn)品。長電科技也從一個年產(chǎn)值幾百萬的配套小廠發(fā)展成了擁有多項國家專利，多項自我知識產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品，年產(chǎn)值幾十億的上市公司，并成為國內(nèi)半導(dǎo)體封裝行業(yè)的龍頭企業(yè)，世界封裝行業(yè)的知名企業(yè)。對于一個半導(dǎo)體封裝企業(yè)來說，產(chǎn)品的質(zhì)量是企業(yè)的生命、是企業(yè)的生存根本、是企業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。半導(dǎo)體元器件引線的可焊性應(yīng)該說是元器件生產(chǎn)中最基礎(chǔ)的質(zhì)量管控點。本課題的研究目的是在工廠內(nèi)部能針對不同封裝類型的產(chǎn)品使用不同可焊性測試方法，使得產(chǎn)品的可焊性檢驗方法能夠更貼近實際的使用，更能真正反映出產(chǎn)品的實際質(zhì)量情況。精品.1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 課題來源現(xiàn)代電子信息技

19、術(shù)飛速發(fā)展，集成電路芯片封裝形式也越來越多，封裝密度越來越高，時刻推動著電子產(chǎn)品向多功能、高性能、高可靠、小型化、便攜化及大眾化普及所要求得低成本等方向發(fā)展。從20世紀50年代to（晶體管外殼封裝）型金屬玻璃封裝外殼發(fā)展到60年代的dip（雙列直插式引腳封裝double in-line package）和針柵陣列封裝（pga, pin grid array），再到后面的qfp(四面扁平封裝， quad flat pack)、qfn(四面扁平無引腳封裝，quad flat no lead)以及現(xiàn)在的lga（焊盤網(wǎng)格陣列，land grid array）、bga（球狀矩陣排列，ball grid

20、array）等。可以說整個發(fā)展過程非?？?，集成度越來越高，生產(chǎn)廠家對產(chǎn)品的質(zhì)量要求也是快速提高。長電科技是集成電路封測產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟理事長單位，中國領(lǐng)先的半導(dǎo)體封裝測試生產(chǎn)基地，為客戶提供芯片測試、封裝設(shè)計、封裝測試等全套解決方案，榮獲國家重點高新技術(shù)企業(yè)、中國電子百強企業(yè)、中國半導(dǎo)體十大領(lǐng)軍企業(yè)等稱號，擁有國家級企業(yè)技術(shù)中心、博士后科研工作站和我國第一家高密度集成電路國家工程實驗室。其為客戶所生產(chǎn)的產(chǎn)品涵蓋4c(計算機、通信、消費電子、汽車電子)等廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。與此同時，長電科技在技術(shù)水平、經(jīng)營策略和市場開拓等方面也取得了長足進步。一方面生產(chǎn)規(guī)模有了較大的提升，經(jīng)濟效益顯著增長；另

21、一方面產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、工藝水平、技術(shù)創(chuàng)新等方面也實現(xiàn)了跨越式發(fā)展，進一步縮小了與國際大廠的差距。主要表現(xiàn)在：一是長電科技躋身全球封測業(yè)排名第八位；二是主要依托長電科技為主體的集成電路封測產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟建立并在國家重大科技項目的創(chuàng)新活動中發(fā)揮出積極作用；三是國家唯一的“高密度集成電路封裝技術(shù)國家工程實驗室”在長電科技建立；四是長電科技控股子公司長電先進被德州儀器評為全球優(yōu)秀供應(yīng)商，越來越多的國際大企業(yè)與長電科技開展多項技術(shù)合作。長電科技的具體目標有兩個：一是營業(yè)規(guī)模進入世界封測行業(yè)排名前五名；二是有23項封裝技術(shù)創(chuàng)新成果，能成為國際主流封裝技術(shù)。所有這些目標實現(xiàn)的前提都是以產(chǎn)品質(zhì)量為基礎(chǔ)的，焊

22、接作為半導(dǎo)體產(chǎn)品應(yīng)用的第一道工序猶為重要，如何有效、快速、簡單的檢測出各類產(chǎn)品的可焊性情況已成為企業(yè)質(zhì)量控制的一道關(guān)鍵工序。面對越來越多，越來越復(fù)雜的產(chǎn)品，我們有必要結(jié)合標準的要求，研究出更適合企業(yè)使用的可焊性測試方法。目前國內(nèi)外在半導(dǎo)體元器件可焊性試驗方面的測試方法主要有槽焊法、電烙鐵法和潤濕稱量法三種，但jedec（聯(lián)合電子器件工程委員會，join electron 精品.device engineering council）、國標等標準僅僅是規(guī)定了試驗的溫度等條件，并沒有對每一種產(chǎn)品進行詳細的說明。目前電子行業(yè)的發(fā)展極快，產(chǎn)品種類越來越多，各種新型的、多管腳的封裝層出不窮，各類標準的出臺

23、往往滯后于生產(chǎn)廠商以及消費者的應(yīng)用。而且，標準的制定者主要是針對理論來撰寫標準，可能并不了解廠商的實際生產(chǎn)情況，或者說標準中的一些方法在實際的生產(chǎn)過程中可能并不具備可行性或者操作起來非常困難，以致結(jié)果難以判斷，甚至出現(xiàn)錯誤判斷的情況。這可能會影響生產(chǎn)商在新品方面的一些研發(fā)、量產(chǎn)，嚴重的可能導(dǎo)致投資性的錯誤。在實際的使用中，很多國際大廠對自己的產(chǎn)品都有一些特殊的測試方法，這些方法結(jié)合了標準的一些條款，但也結(jié)合了自己產(chǎn)品的一些特性，在生產(chǎn)過程中更能體現(xiàn)產(chǎn)品的真正指標，且方法簡單易行。所以廠家必須結(jié)合自己的產(chǎn)品特征進行有效的調(diào)整，符合工廠的實際情況，制定合理的測試方法，測試結(jié)果能夠反映產(chǎn)品的實際性能

24、，測試方法符合最終客戶的使用。1.3 課題的主要研究內(nèi)容自有電子元器件的生產(chǎn)、使用以來，鉛錫合金作為可焊性鍍層已經(jīng)有多年歷史，其顯著優(yōu)點是降低焊接時的熔點及防止錫須的生成，但鉛的毒性很大，鉛對環(huán)境及人體健康有很大的影響。綠色、環(huán)保的電鍍焊料和工藝越來越受到人們的重視。隨著歐盟rohs(限制在電子電氣產(chǎn)品中使用有害物質(zhì)的指令，restriction of the use of certain hazardous substances)指令的推廣，純錫電鍍已基本逐步替代鉛錫電鍍，中國從2007年3月1日也開始實施【3,4】。純錫電鍍具有無毒、高耐蝕性、高柔軟性、銀白觀等優(yōu)點，其電氣性能可以達到或超

25、過錫鉛合金，而且工藝簡單，在電子元件及印刷板等領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛【5】。但是，電鍍純錫鍍層容易形成錫須，對于集成電路、半導(dǎo)體、晶體管以及對電性能、附著力要求較高的精密電子元件，要求電鍍層不能形成錫須【6】，鍍層即使長時問存放，仍能保持優(yōu)良的可焊性及抗蝕性。因此，可焊性測試對純錫電鍍工藝的應(yīng)用、改進、產(chǎn)品的大量生產(chǎn)具有非常重要的意義。在以前的鉛錫電鍍產(chǎn)品可焊性檢測中，只規(guī)定使用鉛錫焊料。現(xiàn)純錫電鍍產(chǎn)品雖然仍可以使用鉛錫焊料來進行焊接，但隨著綠色環(huán)保的進一步推進，環(huán)保焊接的方式也將會全面在smt(表面貼裝技術(shù)，surface mount technology)行業(yè)中應(yīng)用。因此，使用無鉛焊料進行可焊性

26、測試時完全有必要的。本課題主要是在實際的生產(chǎn)檢驗過程中，針對可焊性測試的各種方法進行相應(yīng)的研究，主要內(nèi)容：精品.1、按照各類標準的要求，對常規(guī)使用的槽焊法、電烙鐵法、潤濕稱量法等三種可焊性測試的方法進行說明【7-10】。并對檢測中使用的一些輔助材料、設(shè)備進行簡單介紹，提出各方法中主要關(guān)鍵點，判定規(guī)則。2、研究對于小型、短管腳的產(chǎn)品使用有效的潤濕稱量法來進行測試，并通過理論與實際的結(jié)合，按照產(chǎn)品的特點，保證檢測的結(jié)果不會違背標準的要求。3、研究一些無外引腳產(chǎn)品可焊性測試方法。特別是要求使用潤濕稱量法來進行工藝評估的應(yīng)用。4、基板封裝是長電科技未來發(fā)展的重點。針對基板封裝產(chǎn)品的可焊性測試方法是不同

27、于普通元器件的，更多的是按照pcb的檢測方法來進行試驗。關(guān)鍵技術(shù)：針對不同封裝形式的產(chǎn)品使用不同的方法來進行可焊性測試，特別是在工廠內(nèi)部如何來使用更容易操作和實現(xiàn)的方法，得到更貼近客戶使用的測試法。但要求測試方法能夠滿足標準的要求，要理論聯(lián)系實際。精品.第2章 半導(dǎo)體元器件的可焊性描述2.1 可焊性描述可焊性測試是半導(dǎo)體元器件生產(chǎn)過程中針對管腳焊接性能的一道必要檢測工序【11】。錫焊連接的難度和焊點的牢度取決于三個主要條件，分別是焊接的設(shè)計：用于焊劑的兩種金屬零件盒組裝方法的選擇；被焊接金屬零件的表面潤濕性；焊接所用的條件，如溫度、時間、焊劑、焊料等。電子元器件的焊接往往與整機的可靠性有密切的

28、關(guān)系，不良的焊接極易導(dǎo)致極其的不良運轉(zhuǎn)，造成設(shè)備的可靠性問題【12】?？珊感詥栴}，對電子產(chǎn)品(pcb裝配)的生產(chǎn)來說，在今后不短的一段時期內(nèi)都將是一個重要質(zhì)量影響因素，由于所用助焊劑活性對清洗的限制，在今天的表面安裝工藝及細間距元件的焊接中，可焊性更是一個需要經(jīng)常引起重視的事情。對于元件和pcb需要保持同樣的警惕性【13】。2.2 測試可焊性的幾種主要方法電子元器件引線可焊性的測試方法，從歷史發(fā)展的順序說，先后出現(xiàn)了電烙鐵法、槽焊法、錫球法、潤濕稱量法。在目前的半導(dǎo)體業(yè)界，測試元器件可焊性的主要方法有槽焊法（或稱為焊槽法）、電烙鐵法、潤濕法。槽焊法是模擬元器件引線浸錫工藝，即把浸有焊劑的元器件

29、引線以一定的速度垂直浸入規(guī)定溫度的焊料槽中，停留一定的時間，然后以同樣的速度將引線提出，經(jīng)清洗后評定可焊性的優(yōu)劣。在合適的光線條件下借助大于10倍放大鏡對試驗樣品的表面潤濕情況進行檢查，按相關(guān)規(guī)定驗收。評定準則：所有待測樣品均應(yīng)展示一連續(xù)的焊料覆蓋面，或至少各樣品焊料覆蓋面積達到95%以上為合格。槽焊法的優(yōu)點是方法簡單可行，操作人員經(jīng)過簡單培訓即可上崗，各種形狀的引線均可檢查，但測試誤差大，計算可焊面積不夠準確，焊接層面的判定以定性為主，定量判定困難，特別是當失效面積接近5%的時候，容易出現(xiàn)誤差。焊球法又稱潤濕時間法，即用專用的可焊性測試儀測定引線的可焊性。將一定質(zhì)量的焊料球加熱熔化并控制在規(guī)

30、定的溫度。然后將浸過焊劑的引線固定在夾持定位機構(gòu)上，調(diào)整計時探針使其與引線的距離為最小，當啟動測試儀后，升降機構(gòu)帶動焊料球上升，當焊料與引線接觸時，計時裝置開始計時；然后分開引線與焊料球，如果焊料潤濕引線便會將引線包圍，并與上方的探針接觸，此時計時結(jié)束。從計時開始到結(jié)束為引線的潤濕時間，顯然這個時間越短，可焊性就越好。焊球法的優(yōu)點是測試方便、速度快，可焊性有一個定量的時間指標，但測試精度不太高，僅適用于圓形引線。精品.電烙鐵法即使用原始的電烙鐵來直接將焊料焊接在產(chǎn)品引線的表面，是半導(dǎo)體業(yè)界出現(xiàn)最早的測試方法，簡單易行，但是電烙鐵法如同槽焊法一樣，當測試結(jié)果在臨界狀態(tài)是難以判斷。潤濕稱量法是可焊

31、性測試最有說服力的方法，因為此測試方法得出的數(shù)據(jù)既有時間又有潤濕力，并且同樣能對焊接表面進行觀察?？梢哉f是結(jié)合了槽焊法和錫球法的優(yōu)點。但此試驗方法也有一點的局限性，首先是檢測設(shè)備比較昂貴，一般需要進口，其次是針對一些引腳短小的貼片器件比較難測試，且測試數(shù)據(jù)容易受到外界環(huán)境的影響，比如振動、氣流。在這些試驗方法中槽焊法由于方法簡單、設(shè)備廉價，對各類產(chǎn)品易于操作、評價而在生產(chǎn)廠商間使用廣泛，是半導(dǎo)體元器件生產(chǎn)商在生產(chǎn)過程中使用最多的一種方式。當然，還有一些其它的試驗方法，如焊球法，在實際的操作中對焊球或產(chǎn)品的規(guī)格要求較高，測試方法比較繁瑣，所以，在生產(chǎn)廠商之間應(yīng)用較少，一般不予推薦。潤濕稱量法由于

32、數(shù)據(jù)具有說服力，能夠體現(xiàn)工藝改進、產(chǎn)品設(shè)計方面的量化數(shù)據(jù)，也越來越多的得到各類電子生產(chǎn)廠商的認可。2.2.1 可焊性測試前處理2.2.1.1 前處理的原因電子產(chǎn)品的引出端在貯存運輸過程中的自然環(huán)境氣氛下，其可焊性(焊接性)鍍層會老化，使?jié)櫇裥阅芟陆?，嚴重的可完全失效?4】。主要的失效模式一般分為兩類，一類是引線基體材料較活躍，與外面鍍層的離子相擴散，導(dǎo)致引線表面的潤濕性下降。此類失效主要是受到元器件貯存過程中高溫的一些影響，加速了基材離子的擴散，最終基材離子擴散到鍍層的表面，形成不潤濕的點或面。另一類失效主要是鍍層表面的氧化，鍍層表面的氧化物會阻止焊錫與鍍層的接觸，大大影響產(chǎn)品的焊接性能。氧

33、化錫屬于絕緣性物質(zhì)，也是熱的不良導(dǎo)體，質(zhì)地較硬較脆，容易破裂【15】。氧化膜是影響界面接合的重要因素之一，要獲得較好的潤濕界面，首先是要有效的去除和破壞氧化膜，使界面的金屬而非氧化物相互接觸；界面的化學結(jié)合狀態(tài)和晶格尺寸匹配也是影響界面連接的因素，如何控制化學結(jié)合狀態(tài)是一個很關(guān)鍵的問題。錫釬焊時，界面上都是金屬，但是經(jīng)過反應(yīng)后會在界面形成共價鍵的金屬間化合物，對于界面的潤濕性的也會有影響【16】。由于電子元器件在制造出來幾個月甚至幾年都用不上，對設(shè)備制造者來說維護其表面潤濕性是十分重要的，對元器件生產(chǎn)者來說，保證其產(chǎn)品的表面潤濕性也是非常有必須要的。精品.為了評價產(chǎn)品貯存一段時間后的焊接性能，

34、我們需要對試驗前的產(chǎn)品進行一些前處理，以模擬產(chǎn)品在存儲、運輸過程中受到的一些環(huán)境應(yīng)力的影響。前處理的方式主要有兩種，一種是使用蒸汽老化的方式，另一種是高溫老化的方式。2.2.1.2蒸汽老化將樣品懸掛或在沸騰水的上方，距離水面25mm30mm，且引出端與容器壁直接按距離不小于10mm。容器必須加蓋，保證期間完全處于蒸汽中老化，但蓋的覆蓋面積一般為容器開口的7/8左右，只要保證蒸汽能夠完全覆蓋樣品，如果全部加蓋或密閉加蓋可能會造成容器內(nèi)有蒸汽壓力，反正造成老化的不確定性。在前處理中要求水始終保持沸騰，由于海拔的問題，海拔越高誰的沸點越低，所以水的沸點可能不會到100，但一般要求水溫必須達到93以上

35、，這樣同樣能夠保證有足夠的水汽圍繞在樣品的周圍。錫鉛釬料在暴露于大氣中的銅錫化合物表面上的潤濕性是很差的，因此要保證鍍層具有一定的厚度，使其在長期存放過程中化合物不致于生長到表面，鍍層的厚度一般不得低于7.5m左右。這種厚度可以保證錫鉛共晶合金鍍層在某些人為造成的嚴酷環(huán)境中老化24h后仍具有優(yōu)良可焊性【17】。而當鍍層厚度小于2.5m時，經(jīng)過蒸汽4h的老化后，就可能出現(xiàn)反潤濕現(xiàn)象。對于產(chǎn)品的定型檢驗，試驗一般要求是8小時，作為產(chǎn)線生產(chǎn)監(jiān)控，可用4小時的老化，以加快試驗的進程，及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中的不良品。老化試驗后要求樣品自然晾干2小時后但不超過24小時進行試驗，并且保證試驗時樣品管腳表面沒有水珠存

36、在。2.2.1.3高溫老化按照gb/t 2423.2-2001電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗第2部分試驗b：高溫中的試驗方法，對產(chǎn)品進行155的高溫試驗16小時。高溫老化的過程中不得有其它腐蝕性氣體侵入，也不得使用惰性氣體進行保護。高溫老化的目的是利用高溫激活基材離子，如果基材的離子過于活躍，而樣品的鍍層過薄，那么高溫老化后基材的離子極有可能滲透到鍍層表面，形成不潤濕的情況。同時，通過普通的大氣環(huán)境和高溫結(jié)合，驗證產(chǎn)品電鍍層是否能夠承受氧化，保證焊接性能不會下降。老化試驗結(jié)束后，樣品應(yīng)當在正常大氣條件下放置不少于2小時，不超過24小時。精品.2.2.2 助焊劑的使用助焊劑有兩種主要特性：第一是在很短時間

37、里提高使焊錫和焊接表面沾潤的能力。它和助焊劑的活性緊密相關(guān)，是對焊接表面化學的清潔。第二種作用是腐蝕性【18】。助焊劑的活性越強，腐蝕性也越強，可以更好的去除產(chǎn)品表面的氧化物。從助焊劑的有益作用來說主要有“輔助熱傳導(dǎo)”、“去除氧化物”、“降低被焊接材質(zhì)表面張力”、“去除被焊接材質(zhì)表面油污、增大焊接面積”、“防止再氧化”等幾個方面，在這幾個方面中比較關(guān)鍵的作用有兩個就是：“去除氧化物”與“降低被焊接材質(zhì)表面張力”。焊接的過程就是釬焊接頭或焊點成型的過程，這個過程也是合金結(jié)構(gòu)發(fā)生變化及合金重組的過程。焊料合金本身的結(jié)構(gòu)狀態(tài)基本都是穩(wěn)定的，那么，它與其他金屬或其他合金在極短的時間內(nèi)重新熔合，并形成新

38、的合金結(jié)構(gòu)就不是那么容易的事情，目前，傳統(tǒng)的焊料合金為sn63/pb37，它與其他很多金屬或合金都能夠重新熔合并形成新的合金，如銅、鋁、鎳、鋅、銀、金等，特別是金屬銅極易與錫鉛合金焊料熔合，但是當這些金屬被空氣或其他物質(zhì)所氧化或反應(yīng)時，在這些金屬物的表面會形成一個氧化層，雖然錫鉛焊料與這些金屬本身較易形成合金結(jié)構(gòu)，但與這些物質(zhì)的氧化物或化合物形成新的焊點接頭，重新熔合的機會就非常低。幾乎所有的焊接材料設(shè)計者在論證焊料的可焊性時，都是將焊接材質(zhì)及工藝環(huán)境設(shè)定在理想狀態(tài)，而所有的理想狀態(tài)在實際工藝過程中幾乎是不存在的，就線路板、元器件、或其他被焊接材質(zhì)的制造與儲存、運送、再生產(chǎn)等各個環(huán)節(jié)而言，各種

39、焊接材質(zhì)表面被氧化的可能性都是100%存在的。因此，焊接前對被焊接材質(zhì)表面氧化層的處理就顯得格外關(guān)鍵，而助焊劑“去除氧化物”的過程，其實就是一個氧化還原的過程，助焊劑中的活性劑通常是各種有機酸或有機酸鹽類物質(zhì)，至少有一、兩種酸或酸鹽，通常由多種酸及酸鹽復(fù)配來用。在氧化還原反應(yīng)的過程中，反應(yīng)進行的“速度”及反應(yīng)“能力”是人們比較關(guān)注的問題，這兩個是內(nèi)在的問題，其外部表現(xiàn)就是通常人們所講的“焊接速度”與“焊接能力”，在材質(zhì)、工藝等情況既定的情況下，對不同活性助焊劑的選擇就顯得很重要：活性較弱或活性太弱的焊劑焊接速度或焊接能力相對較差，活性較強的助焊劑去除氧化膜的能力較強、上錫速度較快，但如果焊劑中

40、活性劑太多、太強或整體結(jié)構(gòu)配伍不好時，很可能會導(dǎo)致焊后有活性物質(zhì)殘留，這時就存在焊后繼續(xù)腐蝕的可能性，對產(chǎn)品的安全性能造成了相當隱患。在焊接過程中，焊料基本處于液體狀態(tài)，而元件管腳或焊盤則為固體狀態(tài)，當兩種物質(zhì)接觸時，因液態(tài)物質(zhì)表面張力的作用，會直接造成兩種物質(zhì)接觸界面的減小，我們對這種現(xiàn)象的表面概括是精品.“錫液流動性差”或“擴展率小”，這種現(xiàn)象的存在影響合金形成的面積、體積或形狀。這時需要的是助焊劑中“表面活性劑”的作用，“表面活性劑”通常指在極低的濃度下，就能夠顯著降低其他物質(zhì)表面張力的一種物質(zhì)，它的分子兩端有兩個集團結(jié)構(gòu)，一端親水憎油另一端親油憎水，通過其外部表現(xiàn)可以看到，它由溶劑可溶

41、性和溶劑不溶性兩部分組成，這兩個部分正處于分子的兩端，形成一種并不對稱的結(jié)構(gòu)，它只所以能夠顯著降低表面張力的作用正是由這種特殊結(jié)構(gòu)所決定的。助焊劑中表面活性劑的添加量很小，但作用卻很關(guān)鍵，降低“被焊接材質(zhì)表面張力”，所表現(xiàn)出來的就是一種強效的潤濕作用，它能夠確保錫液在被焊接物表面順利擴展、流動、浸潤等。通常焊點成球、假焊、拉尖等類似不良狀況均與表面活性不夠有一定關(guān)系，而這種原因不一定是焊劑“表面活性劑”添加量太少，也有可能是在生產(chǎn)工藝過程中造成了其成分分解、失效等，從而大大減弱表面活性作用。從助焊劑的有害作用來說就是腐蝕性。常用助焊劑的一些基本要求，具一定的化學活性；具有良好的熱穩(wěn)定性（保證在

42、較高的焊錫溫度下不分解、失效）；具有良好的潤濕性、對焊料的擴展具有促進作用（保證較好的焊接效果）；留存于基板的焊劑殘渣，對焊后材質(zhì)無腐蝕性（基于安全性能考慮，水清洗類或明示為清洗型焊劑應(yīng)考慮在延緩清洗的過程中有較低的腐蝕性，或保證較長延緩期內(nèi)的腐蝕性是較弱的）；需具備良好的清洗性；各類型焊劑應(yīng)基本達到或超過相關(guān)國標、行標或其他標準對相關(guān)焊劑一些基本參數(shù)的規(guī)范要求；焊劑的基本組份應(yīng)對人體或環(huán)境無明顯公害，或已知的潛在危害。所以，對于可焊性測試要求使用水溶性的非活性助焊劑，如果使用高活性的助焊劑，將無法有效檢測出產(chǎn)品的可焊接性能，在用非活性助焊劑無法進行焊接情況下，才允許用高活性的助焊劑。必需指出

43、的是，活性助焊劑不一定能表示其在生產(chǎn)中的實用性，也不能保證其殘留物的腐蝕性【19】。因此，是在試驗中使用非活性助焊劑是完全必要的。非活性助焊劑一般由按質(zhì)量計25%的松香和75%的異丙醇或乙醇組成，只有當非活性助焊劑不適用時才能添加二乙基的氯化銨，使氯離子含量上升到0.5%，來提高助焊劑的活性。2.2.3 焊料的使用焊料按環(huán)保分類，包括有鉛焊料和無鉛焊料。目前常用的無鉛焊料有：錫銅無鉛焊料(sn99.3cu0.7)，錫銀銅無鉛焊料(sn96.5ag3.0cu0.5)精品.，0.3銀無鉛焊料(sn99ag0.3cu0.7)，高溫型無鉛焊料(snsb)。常用的有鉛焊料主要有：63/37焊料(sn63

44、/pb37)，60/40焊料(sn60/pb40)和高溫焊料(400度以上焊接)。焊料中除主元素錫、鉛、銅、銀外，往往還含有少量它元素，如鎳、銻、鉍、in、稀土等。焊料內(nèi)的這些微量合金元素對錫條的物理、力學性能影響很大：鉍可以降低錫條熔化溫度，提高潤濕鋪展性，但加入量過大，將降低焊點的疲勞壽命和塑性，適當?shù)你G的量大約為0.21.5%。 ni可以通過改變合金組織和細化晶粒，從而提高焊點的力學性能和疲勞壽命等。在系統(tǒng)化設(shè)計出來的化學成分之中，設(shè)計者顯然希望焊料各方面的性能能達到一個最佳的平衡，如焊接性能、熔化溫度、強度、塑性和疲勞壽命等。但是，由于成本、工藝等方面的考慮，在smt行業(yè)更多的使用時有

45、鉛焊料k63或k60，無鉛焊料錫銀銅。所以，在試驗中對于鉛錫焊接的產(chǎn)品，要求使用的焊料是k60（含錫60%，含鉛40%）或k63（含錫63%，含鉛37%）。對于純錫焊接的樣品，要求使用不含鉛的焊料，一般是錫銀同合金焊料（含錫96.5%、銀3%、銅0.5%）【20】。2.2.4 槽焊法2.2.4.1對焊槽的要求焊槽的深度應(yīng)不小于40mm，容積不小于300ml，焊槽所能加熱的溫度應(yīng)當保證能夠達到300，熱容量足夠保證普通半導(dǎo)體產(chǎn)品的試驗。實際試驗中，一般要求焊料溫度為2455。2.2.4.2 試驗方法在每次試驗前，應(yīng)用合適的刮板（一般是不銹鋼板）將熔融焊料表面刮的清潔光亮，試驗應(yīng)在刮后立即進行，以

46、保證試驗不受焊料表面氧化物的影響。首先，在常溫下將所要測試樣品的引線端浸入助焊劑中超過5秒鐘，然后拿出懸掛滴干超過60秒，或用濾紙吸取多余的焊劑，保證沒有成滴的助焊劑吸附在管腳的表面。然后，立即以252.5mm的速度將產(chǎn)品的引線端完全浸入到焊料中，保持20.5秒，后以同樣的速度取出樣品，如圖2.1所示。對與大熱容量的樣品（一般是指帶有較大散熱板的產(chǎn)品），可以將停留的時間提高到5秒鐘。如果條件允許，也可以將大熱容量產(chǎn)品的管腳剪下進行測試。最后，借助于10倍以上的光學顯微鏡來檢測引線的焊接層。要求經(jīng)過浸漬的管腳表面必須覆蓋一層光滑、明亮的焊料層，只允許少量的、非集中的、總體面積不超過5%的精品.針

47、孔或弱潤濕缺陷，即要求焊接上錫面達到95%以上【21,22】。如圖2.2所示的結(jié)果即為典型的上錫面積沒有達到95%，結(jié)論為不合格。圖2.1槽焊法示意圖figure 2.1 schematic diagram for dip針對直插式器件來說，槽焊法是一種最接近實際中常用焊接程序的模擬實驗方法，但它不能定量的表達測試結(jié)果，只能通過顯微鏡來觀察引線表面的上錫情況，主管性較強。在需要量化數(shù)據(jù)作為證據(jù)的報告中往往無法體現(xiàn)它的權(quán)威性，特別是針對一些工藝、材料改進的試驗，有時無法與以前的工藝、材料進行數(shù)據(jù)比對。精品.圖2.2管腳上錫不良figure 2.2 solderability failure2.2

48、.5 電烙鐵法2.2.5.1焊料的要求要求使用松香芯的焊錫絲，以保證助焊劑能符合試驗的要求。如果是其它芯的焊錫絲，要求其所含的助焊劑是非活性的，帶有活性助焊劑的焊錫絲不得用來進行試驗。2.2.5.2對電烙鐵的要求要求使用的電烙鐵溫度能夠達到350以上，一般采用a號或b號電烙鐵。a號電烙鐵頭直徑8mm，用于中大功率產(chǎn)品的試驗，b號電烙鐵頭直徑3mm，用于小型器件的試驗。2.2.5.3試驗方法如圖2.3所示電烙鐵頭用于試驗的表面處于水平位置，如有必要，可用絕熱材料支撐所測試的樣品。焊接時間為23秒，期間烙鐵頭保持不動，然后去除樣品上多余的助焊劑。然后同樣借助于10倍以上的光學顯微鏡來檢測引線的焊接

49、層。要求所的表面必須覆蓋一層光滑、明亮的焊料層，不應(yīng)有小滴的焊料【23】。元器件本體引線腳焊錫絲圖2.3電烙鐵焊示意圖figure 2.3 schematic diagram for soldering iron電烙鐵法試驗工具簡單，非常容易實施，在一般的小型組裝工廠進行來料檢測的時候用的比較多，在焊槽法或其它方法不適用的產(chǎn)品上，也可使用烙鐵法來進行可焊性的評定。但電烙鐵一般無法準確的控制溫度，相對其它測試方法來說，準確性不夠高，所以，如果使用其它方法能夠測試產(chǎn)品，在不得已的情況下一般不推薦使用電烙鐵法。精品.2.2.6潤濕稱量法2.2.6.1潤濕性測試的定義潤濕稱量法可焊性試驗試件從一垂直安

50、裝的高靈敏度稱上懸吊下來，以規(guī)定的速度浸漬到規(guī)定溫度的熔融焊料槽中，且試件的底部浸漬至規(guī)定的深度時，作用于試件上的浮力和表面張力在垂直方向上的合力（即潤濕力），該合力與時間的關(guān)系來評定試件的可焊性【24】。2.2.6.2對焊槽的要求焊槽的深度應(yīng)不小于40mm，容積不小于300ml，焊槽所能加熱的溫度應(yīng)當保證能夠達到300。實際試驗中的焊料溫度為2455。2.2.6.3對焊料的要求所用焊料應(yīng)當符合gb/t2423.28-2005附錄b的規(guī)定，即k60或k63的焊料，如果使用無鉛焊料，一般要求是錫銀銅焊料，錫含量96.5%，銀含量3.5%，銅含量0.5%【25】。2.2.6.4試驗方法將樣品管腳浸

51、漬助焊劑后滴干（如不滴干，助焊劑在高溫焊料中的快速蒸發(fā)可能會影響潤濕力的大?。?，然后以520mm/s的速度浸入熔融的焊料中至規(guī)定的深度（一般只要保證焊料的爬升不會碰到元器件的本體就可以），如圖2.4的潤濕稱量法示意圖，并保持規(guī)定的時間，得到力和時間的曲線。焊料溫度為2455。焊接保持時間為50.2s。對于直插式產(chǎn)品應(yīng)使管腳垂直焊錫面浸入，對于彎腳的貼裝的產(chǎn)品要求管腳部位可以2045的角度浸入焊錫。如圖2.5的潤濕曲線原理圖和圖2.6的曲線示意圖時間t0是焊料表面與試驗樣品開始接觸的時間，是力和時間的開始點。a點是作用于試驗樣品上的力等于計算出來的浮力的點，在浮力計算中的浸漬深度系數(shù)是指原來的焊

52、料平面以下的深度，通過a點的水平虛線為浮力線，所有的力均參照浮力線的測量。b點是作用于試驗樣品上方的力為零時的點。m點是從測試開始到2秒的潤濕力。z點是表示在規(guī)定的浸漬周期內(nèi)獲得最大向下力的點，即fmax。c點是在從測試開始到5秒的潤濕力，c點和z點的力的數(shù)值可能相同。精品.圖2.4 潤濕稱量法示意圖figure 2.4 schematic diagram or wetting balance精品.圖2.5潤濕曲線原理圖figure2.5 schematic diagram for wetting profile圖2.6 潤濕過程圖示【24】figure2.6 schematic diagra

53、m for wetting process2.2.6.5潤濕力的計算為了評定試驗品的可焊性，應(yīng)將所測得的力（f測）在消除浮力（f?。┯绊懞蟮玫降膶嶋H潤濕力（f實）去和理論潤濕力（f理）進行比較【26】。此理論潤濕力：f理=0.4l（mn）l由量出樣品引腳需焊接部位的寬和厚來計算出的周長，單位：mmf浮=0.08vv試驗樣品浸漬部分的體積，單位：mm3f實=f理-f浮2.2.6.4 可焊性的判定開始潤濕所需的時間，即t0點至a點的最大時間間隔,即過浮力線的時間小于1.0秒。精品.在潤濕過程中，tm=2秒時，實際潤濕力要大于等于實際理論潤濕力的2/3。在潤濕穩(wěn)定后，計算出de-wetting(fm

54、ax fmin) / fmax *100%，要求de-wetting20%。fmax: 整個潤濕過程的最大潤濕力，fmin: fmax到結(jié)束之間的最小潤濕力。如圖2.7即為一個典型的實際潤濕力曲線。并且，從潤濕稱量法的曲線結(jié)果我們可以看到，每個產(chǎn)品的潤濕時間長短、潤濕力的大小都可以在結(jié)果中體現(xiàn)出來，可以有一個定量的結(jié)果，而不是和槽焊法一樣只能出具合格或不合格的定性結(jié)果。圖2.7 典型的潤濕力曲線figure2.7 typical wetting profile2.3本章小結(jié)本章主要對槽焊法、電烙鐵法、潤濕稱量法進行了介紹，并對各類方法進行了簡單的評價。精品.第3章 小型短管腳產(chǎn)品使用潤濕稱量法

55、測試3.1小型短管腳產(chǎn)品的定義槽焊法僅能觀察試樣的沾錫狀態(tài)，潤濕稱量法卻能求得試樣的潤濕時間和潤濕力，近幾年由于其定量性強而倍受青睞，通過描繪潤濕曲線又可以了解樣件的整個潤濕過程【27】。對于有管腳的產(chǎn)品，不論管腳的長短是多少，都可以通過槽焊法來進行可焊性測試，但是潤濕法的測試結(jié)果有詳細的數(shù)據(jù)支持，可以更有說服力的評定產(chǎn)品的可焊接性能。半導(dǎo)體元器件從焊接的方式來看，主要有直插式和表面貼裝兩種。對于直插式器件來說，由于產(chǎn)品的管腳比較長（一般在5mm以上），潤濕稱量法進行試驗比較容易，管腳可以直接插入熔融的焊料中，能夠輕易的得到潤濕力的曲線。對于貼片式器件來說，往往管腳比較短，且一般呈彎曲狀態(tài)，所以，相對來說比較難直接插入焊料。特別是在進行潤濕稱量法的試