IEC焊锡标准与方法

IEC 68-2-44 试验方法T之技术指引：锡焊

IEC 68-2-44 試驗方法T之技術指引：錫焊

IEC 68-2-44 Guidance on test T：Soldering

前言

本文係針對引用IEC 68-2-20 、IEC 68-2-54 與IEC 68-2-58等規範之撰寫者，提供相關技術資訊與建議。

參考規範

•IEC 68-2-20 試驗方法 T：錫焊；修訂第2 版(1987)。

•IEC 68-2-54 試驗方法 Ta：錫焊-以潤濕力平衡法進行可焊性試驗。

•IEC 68-2-58試驗方法 Td：表面安裝元件之可焊性、耐熱性、金屬塗覆耐融性試驗。

•Series IEC 249 印刷電路之基材。

•IEC 326-2 印刷電路板-第二部份：試驗方法。

簡介

錫焊接點之焊接難易度與可靠度，受以下三個條件影響：

1.接點設計；包括組合方法及兩個待接合金屬之特性。

2.錫焊操作時之條件；如助焊劑、溫度、時間、焊錫材料等。

3.焊接表面之潤濕性(wettability)。

對製造組件或裝備的廠家而言，應該注意條件(1)與(2)；而製造元件的廠家則應該注意條件(3)。但若製造元件與製造組件或裝備之廠家存在複雜的供給關係時，為釐清各別的產品責任，就必須精確的定義元件端子之潤濕性或元件可焊性。

元件可焊性及元件端子之潤濕性

整批錫焊時，應符合以下三個規定：

1.在高於融錫之溫度下，可滿足元件之熱特性(熱需求)。開始潤濕時，應可符合元件熱需求並維持一段時間。

2.在長期或短期的錫焊循環中(包括重焊及使用烙鐵)，元件應可承受熱應力而不變質。

3.在長期或短期的錫焊循環中(清洗助焊劑之程序)，元件應可承受機械與化學應力而不受損。

因此，無法承受上述應力之元件，如開關、繼電器、電位計及不耐熱的塑膠產品，不適用整批錫焊方式。

由前述理由可知，元件端子之潤濕性僅與端子沾錫難易度有關，而元件可焊性則是用以評估整批錫焊之合適性。固然元件端子之潤濕性不佳，會使元件無法以錫焊方式固定；但是，元件可焊性差並非代表無法將之錫焊於印刷電路板，只是在錫焊這些元件時須改用特殊程序，如隔熱及抗侵蝕處理。

在選用錫焊環境來配合電性及機械測試時，裝備製造廠家應先自問：「在常用錫焊環境下，元件是否可焊？」，才能把元件放入錫焊生產線上。同理，指定元件者應瞭解元件在生產線之錫焊方式及環境，並將之包含於所選用的環境試驗方法中。

本文所說明之標準化試驗方法，目的在模擬上述環境效應的一部份。以下將詳細說明標準化試驗方法之原則及相關資訊。

可焊性試驗在環境試驗過程中的次序

可焊性僅為元件固有特性之一，其他特性為：強韌性、存活壽命、性能(performance)等，而元件必須執行多種環境試驗以驗證上述特性。因此，可焊性試驗如何在環境試驗序列中定位，得視各種試驗間之影響而定。擬訂包含可焊性試驗的環境試驗次序時，基本原則為：次序在可焊性試驗之前的環境試驗過程，不得影響可焊性試驗結果；同理，可焊性試驗亦不可影響次序在其後的環境試驗結果。

在環境試驗序列中，若潤濕性試驗之前已做過了長期的濕熱或腐蝕試驗，則元件可能受損而無法通過潤濕性試驗；但電子元件實際上多是先焊

接於裝備後，才遭受濕熱或腐蝕環境。

若在端子強韌性試驗(模擬元件固定於電路板之效應)之前，先執行試驗方法Tb(耐錫焊熱的能力)，則可能改變端子強韌性試驗之失效機制。例如，原本應在端子強韌性試驗中發生之熱衝擊應力失效可能不會出現，而由試驗方法Tb所累積之機械及化學應力失效取代之。

以下為排定環境試驗次序的一般原則：

1.潤濕性試驗之前僅可排入非破壞性試驗或特定之加速老化試驗。

2.應於長期的功能測試之外，單獨執行耐錫焊熱試驗，但須採用必要的防護措施，例如隔熱。

3.在環境試驗之前，應考量是否須清除助焊劑之餘漬。

可焊性試驗

本節定義：

•試驗對工業用錫焊作業之效果。

•選用該試驗條件之理由。

工業用錫焊作業之環境條件變異極大，表1之分類可縮小元件環境條件的範圍。

表1之條件係來自實際經驗的折衷。因為，加熱時間愈長雖可提高潤濕，但亦使試件遭遇較高熱應力而導致性能劣化；反之，加熱時間短則試件遭遇之熱應力較低，但可能導致冷焊。

有鑑於此，在標準試驗條件中，可焊性試驗(Ta)溫度條件為235oC，耐錫焊熱試驗(Tb)溫度條件為260oC，但兩者浸漬時間相同。其目的在使元件歷經標準試驗後，即可承受未來實際組合作業所遭遇之應力。

上述因素仍會因相同元件之整批處理，或批次之間的變異，而更形複雜。亦即，由單一元件試驗所得結果，不可用來推測整批處理或不同批次之元件試驗結果。通常，為了減少單批或多批處理之元件在長期試驗後之損耗，必須引入統計推斷技術。

以統計手法推斷試件可焊性，乃試驗規範制訂與採用者必須牢記的要事。但 IEC 68-2-20、68-2-54 與 68-2-58等規範僅提供試驗執行步驟，並未將統計程序納入。

試驗結果的統計有效性亦為元件特殊規範之一，本文第9.節將探討試驗結果的統計方法，重點在分析試驗結果的應用及信賴度。

建議在耐錫焊熱試驗時使用活性助焊劑，可加速潤濕與提升試驗元件加熱率。

文中所提及的焊錫材料與溫度選用準則，亦適用於耐錫焊熱試驗。在元件熱需求極高時，應特別注意元件溫度變化，其溫度不可超過融錫溫度40oC。以焊錫槽執行試驗(Tb方法1)時，焊錫槽尺寸愈大，愈可維持定溫。

以上試驗方法並未模擬錫焊過程中突發的機械應力效應。因元件可能在機械應力試驗中毀損，必須妥善安排錫焊與機械應力之試驗次序。

潤濕性試驗

•通則

在可控條件下將元件與焊錫接合，並依照既定準則評定其潤濕品質，乃潤濕性試驗之主要目的。基本上，錫焊時間為焊接邊界所有焊點之接觸角(contact angle)都低於某定值所需時間。有些試驗僅以簡易的目視檢驗判定；但亦有採用定量方式判定，並同時記錄融錫作用於試件之時間與表面張力者。

延長焊接時間，可能產生袪潤濕(dewetting )現象；亦即試件表面焊錫被吸回，接觸角再增加。有些試驗方法(如Ta、Td)會包含袪潤濕的試驗步驟。只要袪潤濕可能發生，就得在相關規範中加入袪潤濕的試驗步驟。

潤濕性試驗方法共有以下幾種：

1.焊錫槽試驗法(見7.(2)節)

屬定性試驗，針對元件端子。

1.烙鐵試驗法(見7.(3)節)

屬定性試驗，針對不適用於其他試驗法之元件端子。

1.焊錫滴(globule)試驗法(見7.(4)節)