关于可焊性试验的试验方法及设备研制的探讨

曹志洪，黄俊华，马军

（工业和信息化部电子第五研究所，广东 广州 510610）

0 引言

在电子产品的装配焊接工艺中，若线路板、元器件可焊性不良或锡膏、助焊剂质量或选择不良，就将造成焊接问题，直接影响产品的质量。显性的焊接问题包括润湿不良、桥联、裂纹和立碑等，这将加大质检人员的工作量并产生大量的返修问题，造成人力、财力的浪费；隐形的焊接问题比如假焊、虚焊和焊接强度差等，这将直接带来产品可靠性问题。

欧 盟 2003.2.13 公告 2002/95/EC RoHS 指令 ，明确要求2006年7月1日起电子产品不可含有铅、镉、汞等重金属及PBB和PBDE等溴化物阻燃剂。影响所及，世界各国都开始制订类似的禁令，无铅化成为未来电子产品的基本要求。虽然无铅化能够保证环保，但在装配焊接工艺中的可靠性却仍待验证。因此，最近几年我国的可焊性试验也越来越受重视。

在GJB 128A《半导体分立器件试验方法》、GJB 360A《电子及电气元件试验方法》[1]和GJB 548A《微电子器件试验方法和程序》[2]中都分别规定了不同的电子元器件类型所对应的可焊性试验方法，其试验目的都是为了测定在连接时要用低熔点焊接的电子元器件引线的锡焊可焊性。

1 常用的可焊性试验方法

电子元器件可焊性试验方法主要有焊槽法、润湿法、焊球法、弯液面测高法和烙铁法，但常用的试验方法主要有焊槽法和润湿法，其它几种方法实际中基本不会使用。

a）焊槽法

将试件以规定的速度浸入规定温度的焊料中，停留规定的时间，然后以同样的速度取出，通过观察引脚粘锡程度而对元器件的可焊性进行定性的评定。

这种方法不仅可以对任意形状的元器件进行可焊性评定，还可以对PCB板的可焊性进行评定，所以这也是我们目前最常用的评定方法。但是，这种方法由于是用外观观察和可焊性面积来判定，不可避免地会引入主观因素，且可焊性面积的测量也较难掌握，评定结果的误差较大，所以焊槽法适合于企业或研究所内部研究试验用，不适合第三方检测机构对外进行检测试验。

b）润湿称量法

试件以规定的速度浸入规定温度的焊料中，通过测量试件在焊料中不同时间的受力作用的大小来评定试件在焊料中的润湿程度。

润湿称量法是一种既定性又定量的测试方法，能反映试件在整个浸入过程中润湿程度的变化情况。但由于力的测量可以通过实时采样的方式实现，因此，这种方法是目前可焊性评定方法中最完善的一种，也常常是评定电子元器件可焊性优劣的仲裁试验方法。

2 可焊性试验设备及对应标准的要求

目前国内进行可焊性试验基本分3种情况：1）利用进口的可焊性试验设备进行试验，由于国外很早就已推广可焊性试验，进口的试验设备的功能也较齐全，但设备的功能基本上只是针对完成浸焊锡的过程；2）利用国内的可焊性试验设备进行试验，随着国内对可焊性试验的推广，国内厂家也逐步地完善了对应的设备，如广州赛宝仪器试验设备有限公司生产的可焊性设备，也从最初的第一代产品，升级到了第三代产品，并且实现了润湿法可焊性试验设备的研制生产；3）直接使用镊子在锡炉上进行试验，这种纯手工的方法既不安全也不符合标准要求，只是一些小企业进行内部实验时采用。

国内生产的可焊性试验设备，基本上也是按国家标准分焊槽法及润湿法两种形式，其中，焊槽法主要是实现焊料温度的恒定，然后按规定的速度进行浸焊锡试验；润湿法在焊槽法的基础上，增加了测力装置，实现了浸焊锡的过程中记录润湿力的变化情况，并以此为基础进行元器件的可焊性的判断，因此，润湿法可焊性试验设备既可以进行润湿法试验，又可进行焊槽法试验。

可焊性试验的试验步骤如图1所示。

图1 可焊性设备的常用试验步聚

可焊性试验仪器主要满足标准的以下几点要求：

a）焊锡温度恒定的要求

国家标准中均要求焊锡温度应恒定在±5℃或±2℃，例如：GJB 548B-2007《微电子器件试验方法和程序 方法2003.1可焊性》和GJB 548B-2007《微电子器件试验方法和程序 方法2022.2可焊性（浸润法）》中，均要求了焊锡的温度为（245±5）℃；GJB 360A《电子及电气元件试验方法 方法208可焊性试验》中，要求焊锡的温度为（235±2）℃[1-2]。

可焊性试验仪器主要通过使用钛合金进行锡炉的设计，通过PID进行加热控制，普遍可实现200～400℃无级调温，满足标准要求。

b）浸渍及提起速度的要求

标准中要求元器件在试验过程中，浸渍和提起均要按规定的速度进行。例如：GJB 360A《电子及电气元件试验方法 方法208可焊性试验》中，要求浸渍和提起的速度为（20±5）mm/s；GJB 548B-2007《微电子器件试验方法和程序 方法2003.1可焊性》中，要求浸渍和提起的速度为（25±6）mm/s； GJB 548B-2007 《微电子器件试验方法和程序 方法2022.2可焊性（浸润法）》中，要求浸渍和提起的速度为（25.4±6.35）mm/s[1-2]。

试验设备基本采用步进电机+精密丝杆的方式进行速度控制，由于步进电机通过细分，可达到每步只转1.8°，因此可达到0.01的控制精度，从而满足标准要求。

c）浸渍时间以及停留时间的要求

标准要求浸渍过程中以及在试验槽上方均需要停留一定的时间。试验设备基本采用可编程控制器作为设备的控制器，通过程序编制，可以实现并满足标准要求。

d）润湿力的测量记录以及曲线显线

润湿力主要是针对润湿法可焊性试验的要求，例如：GJB 548B-2007 《微电子器件试验方法和程序 方法2022.2可焊性（浸润法）》和GJB 360A《电子及电气元件试验方法 方法208可焊性试验》，就是对润湿法可焊性的具体要求，主要是润湿力与试验时间的对应关系，并通过对应的关系进行元器件可焊性的判断。

试验设备基本采用精密天平机构进行润湿力的测量，并通过可编程控制器对测量数据进行分析及处理，然后通过在触摸屏上实现数据图表的输出，进而达到判断元器件可焊性的功能的目的。

3 设备对应现行标准在研制过程中主要指标问题的探讨

试验类的设备研制，主要的特点是需要第三方计量机构对设备进行计量才可以对外进行试验，第三方计量机构也是对应主要的技术指标进行计量认证。然而，由于未形成行业标准，并且各个设备使用方对试验要求不清楚，或对标准不熟悉，所以国内目前关于可焊性试验设备的计量，基本上只进行锡炉温度的计量。

可焊性试验，目的就是为了验证元器件在焊接过程中的可焊性。随着自动化生产的普及，可焊性试验主要也是为了模拟元器件在自动化生产过程中的焊接过程情况，从而将可能会出现的问题在研究或试验阶段就进行排除，目前主要的焊接方式有波峰焊和回流焊，而国家标准也是根据波峰焊和回流焊的特性，制定了以规定的速度浸入规定温度的焊锡并停留规定时间的要求，因此，可焊性试验设备，其主要的技术指标应具备锡炉的恒温指标、浸渍速度的指标和停留时间的指标，并且应对这3个技术指标的内容进行计量。

对于锡炉的恒温指标，国家标准规定了235℃和245℃两个点，然而目前元器件的焊接都要求无铅化，以前采用的是锡铅合金，锡铅合金合金的熔点基本上都处于200℃左右，而无铅焊锡的熔点都是在280℃左右。因此，锡炉控温的计量，主要是计量温度偏差，而不是温度点。

而润湿法可焊性试验，主要是在焊槽法可焊性试验的基础上增加对润湿力的测量和记录，因此，除了应具备锡炉的恒温指标、浸渍速度的指标和停留时间的指标外，还应具备润湿力的指标。由于不同的样品，润湿力会有所不同，因此对润湿力的计量，主要是计量设备测润湿力在规定的量程内是否处于规定的误差范围内。

比如，某厂的设备要求：润湿力设定范围和显示范围：-9.8～9.8 mN，应力测定灵敏度：1 mN，应力测定精度：±0.5%。由于润湿力的测量原理是通过精密天平机构进行测量，即主要通过测量样品在试验过程中重力的变化，因此，-9.8～9.8 mN即相当于样品的润湿力体现在天平机构上的重力变化范围是：-1～1 g，测量精度是0.1 g，1 g的计量允许误差是±0.005 g。

4 结论

目前，国外已经开始研究和采用新型的可焊性试验方法，主要有SERA、连续电化学衰减分析（Sequential ElectrochemicalReduction Analysis）、ICA离子色谱分析（IonChromatography Analysis）和FTIR傅里叶红外检测（Fourier Transform Infrared）。另外，一种成熟的可焊性修复技术ROSA（Reduced Oxide Soldering Activation）也已经在逐渐地推广使用[3]。

我们相信，随着无铅化的发展需要，可焊性试验将势必会更受重视。随着技术的发展，可焊性设备势必会不断地更新换代，从而不断地提高可焊性试验的技术水平。因此，设计优良的可焊性试验方案，选择最佳的可焊性试验方法，促进生产厂不断地提高电子元器件的制造工艺水平和质量与可靠性，最终电子元器件产品的焊接可靠性也将得到进一步的提高。

[1]GJB 360A-1996，电子及电气元件试验方法[S].

[2]GJB 548A-1996，微电子器件试验方法和程序[S].

[3]王建国.可焊性试验在航天器用电子元器件质量保证中的应用[J].航天标准化，2005（6）：1-4.