GB/T 4937.21-2018 半导体器件 机械和气候试验方法 第21部分:可焊性

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  • 3.7.1模板或掩膜板

    模板或掩模板具有适合于试验引出端的几何开口。除供应商和用户另有协议外,当元器件引线 小于0.5mm时,模板的标称厚度应为0.1mm;当元器件引线节距在0.5mm~0.65mm之间时 的标称厚度应为0.15mm;当元器件引线节距大于0.65mm时模板的标称厚度应为0.2mm

    3.7.2橡胶滚轴或金属刮刀

    模板或掩膜板上应刷上焊膏,对于窄节距的样品使用金属刮刀,对于标准节距的样品使用橡 油

    用于模拟板级安装再流焊试验的SMD样品应对采用的基板进行评价。 注1:陶瓷基板(氧化铝90%~98%)可用于所有再流焊试验。 注2:玻璃环氧树脂基板可用于所有再流焊试验。玻璃环氧树脂基板需能够承受焊接温度(如:该基板不适合热板 焊接)。 注3:为了对试验样品的引出端进行目检电力弱电设计、计算,试验基板需无金属化(无焊盘)

    有关文件另有规定外,焊膏成分应符合3.7.4.1和

    3.7.4.1含铅焊膏

    焊料成分应符合3.6.2的规定。 除有关文件另有规定外,焊锡粉的颗粒尺寸应在20um~45μm之间。 助焊剂的成分应符合3.6.1的规定。 焊膏的黏稠度范围和测量方法应在相关文件中详细规定

    3.7.4.2无铅焊膏

    户(首选的)或红外再流炉应能够达到所使用的焊

    3.7.6助焊剂清洗溶剂

    通常,含铅引出端采用铅锡焊料可焊性试验条件评估,而无铅引出端采用无铅焊料可焊性试验 如果无铅引出端用于铅锡焊接中(向后兼容性),应采用标准铅锡SMT再流焊试验条件对其评 后兼容性试验不适用于无铅的BGA封装

    预处理,也叫加速老化,可焊性试验前可根据需要

    4.2.2水汽老化预处理

    4.2.2水汽老化预处理

    4.2.2.1水汽老化预处理条件

    水汽老化预处理条件见表1

    注1:老化过程中只充许中断一次,且时间不得超过10min。 注2:预防措施:老化装置需采用适当的安装方式,避免水凝结后聚集在样品表面。 注3:除有关文件另有规定外,需使用水汽老化条件B 注4:潮湿环境中的预处理是为了检验水汽和焊接热对表面安装半导体封装器件的影响,并不是可焊性试验标准的 一部分。见GB/T4937.20。 注5:水汽老化预处理条件A应用于引出端表面完成镀镍钯和镍钯金的样品

    4.2.2.2水汽老化程序

    在焊接之前,样品应先经历水汽老化,将样品表面暴露在3.4规定的水汽老化设备中。样品应悬 置,以保证其所有部位都高出沸腾的蒸馏水或去离子水面至少40mm,在水汽中暴露的时间符合 要求。元器件引线平面上的水汽温度应符合表2的要求

    当水汽老化结束后.样品应从水汽老化设备中移

    表2海拔高度与水汽温度的对应关系

    4.2.2.3系统清洁

    水汽老化设备应至少每月(或使用前)进行一次排空与清洁。根据水的电阻率、外观或洁净度,可以 增加清洁频率。清洁时应采用无污染的溶剂

    4.2.2.4干燥和购存程片

    当试验样品从水汽老化设备中移出时,可以按照下述程序之一干燥样品: a)在干燥环境中(推荐用干燥氮气),最高100℃烘焙不超过1h; b)在室温环境下的空气中干燥至少15min。 注:样品自老化设备中取出后的2h内,若不进行可焊性试验,在试验前需将其存在一个干燥的广口瓶或干氮箱 中,且最长不超过72h。若超过这一存贮要求,样品将不能用于试验

    4.2.3高温贮存预处理

    4.3浸入和观察可焊性试验程序

    应根据有关规范中规定的引出端数量进行试验。在操作过程中,应注意保护试验表面,避免摩擦、 油脂或汗液等造成刮擦或污染。 可焊性试验应在符合安全条例和规章的通风橱中进行

    可焊性浸焊料试验条件见表3。

    4.3.3. 1一般要求

    试验程序包括以下步骤: 对引出端进行适当的预处理,如适用; 对样品进行水汽老化或高温贮存,如适用: 使用助焊剂,将引出端浸人熔融焊料; 检查和评价引出端的试验部位。

    4.3.3.2引出端预处理

    试验前不应对引出端进行擦拭、清洗、刮或摩擦性处理。对引出端的任何特殊处理,如试验前的 成重新定形等,应在相关文件中做出规定。如需去除多股绞合线的绝缘层,应采用适当的方式,不 股线松股。

    4.3.3.4助焊剂的使用

    4.3.3.4.1一般要求

    除有关文件另有规定外,助焊剂应符合3.6.1的规定。在室温环境下,将引出端浸人助焊剂中(使 用机械式浸焊工具),浸人深度为能够覆盖检验表面的最小深度。设计的固定装置应能避免沾到过量的 助焊剂。试验表面应浸人助焊剂中保持5s~10s,并且在浸入焊槽前在空气中干燥5s20s。助焊剂 至少每天更换一次,当不使用时.应将其盖好

    4.3.3.4.2表面安装器件(SMDs)

    对于表面安装器件,试验的引出端应浸润助焊剂。一次试验只针对封装一侧的引出端。其他边的 引出端,应依次进行助焊剂和焊料的浸润操作。 注1:对于窄节距的样品,为避免焊料浸润时相邻引线之间的桥连,可以间隔去掉部分引线

    4.3.3.4.3其他元器件

    除有关文件另有规定外,试验时引出端应浸入至安装面或距离元器件本体1.5mn

    4.3.3.4.4元器件引出端与助焊剂或焊料表面

    元器件引出端与助焊剂或焊料表面的角度如下: a)含铅的通孔安装(THM):90°; b)含铅的表面安装(SM):20°~45或90°; c)无铅的表面安装(SM):2045°

    4.3.3.5. 1一般要求

    试验前应将助焊剂的渣淬和燃烧物从熔融焊料表面撇去,焊料应符合3.6.2的规定。熔融焊料应

    37.212018/IEC60749

    保持在某一规定的温度。在引出端浸人焊料之前,应再次撇净焊料表面杂质。样品应固定在浸润装置 上(见3.2),并把覆盖了助焊剂的引出端浸人熔融焊料中一次,浸人深度与4.3.3.4.1规定的深度一致。 除有关文件另有规定外,浸人和提出速率应为(25士5)mm/s,在焊槽中的停留时间应为(10.0士0.5)s 或(5.0士0.5)s(见表3)。浸焊结束后,样品在空气中冷却。引出端上残留的助焊剂应使用异丙醇或无 氟氯化碳溶剂清洗。必要时,可用浸渍了纯净的异丙醇或助焊剂清洗溶剂的软布或棉签擦掉所有残留 的助焊剂

    4.3.3.5.2镀金引出端的浸焊

    当有规定时,镀金引出端应进行两次加助焊剂和浸焊料处理。第一次浸人是为了净化引出端上 的金。

    4.3.3.5.3焊槽污染物控制

    焊槽中试验焊料应经化学或光谱分析,或使用30d更换一次。锡含量和杂质含量应在表4规定的 范围内

    表4焊槽中杂质最大含量

    的各种杂质和铅含量在焊槽中保持平衡, 注2:对铅锡焊料,铜、金、镉、锌和铝的含量之和不超过0.4%。 注3:工作日8h内或其他工作时间,焊料使用状态是液态, 注4:这些限制只针对3.6.2规定的合金,对于其他合金的限制需相应修改

    4.3.3.6检查和失效判据

    4.3.3.6. 1一般要求

    对引出端表面进行目检前,应清除所有助焊剂。

    4.3.3.6.2检查放大倍数

    10倍~20倍显微镜下对所有元器件进行检查

    4.3.3.6.3焊料覆盖

    出端的被检表面应有至少95%以上的区域被焊

    针孔、空洞、孔隙、未浸润或脱浸润不超过总检验面积的5%。任何两个在设计中并未要求相连的 引出端或金属化区域之间,不应存在焊料桥连。在由焊料浸渍引起桥连的情况下,若局部加热(如气体、 烙铁或再浸润)后在显微镜下观察到在这些端部之间的绝缘区上焊料收缩和不浸润,则该桥连可以 接收。 注:按4.3.3.4.1的规定,需检查试验的整个表面区域(包括矩形横截面的所有表面)。存在争议时,针孔或空洞覆盖 的百分比根据实际测得的面积与总面积相比较来确定

    4.3.3.6.5被检区域的定义

    不同封装器件的被检区域示例见图1~图4,定义如下: a 翼形封装:对于翼形封装,被检区域界定为引出端的所有表面或不包括翼形引出端上方的表面 (见图1)。通常不包括引出端端头无镀层区域(修剪区域)。 b)J形引线封装:对于形引线封装,被检区域为从引出端肩部到引出端过渡的狭窄区域的下方 (见图2)。只包含三个可见表面。不包括引出端的末端 双列直插封装:对于双列直插封装,被检区域为从引出端末端到安装面以上0.5mm的机 翼处。 d 其他封装:对于除a)、b)、c)描述的其他封装,被检区域为从距离本体1.5mm处延伸到引线 末端或距离本体25mm处

    图1翼形封装被检区域

    图2J形引线封装被检区域

    图3矩形元器件的被检区域(表面安装器件)

    注1:被检区域三A表面(引线底面)到1×T处 注2:表面B和表面C不在被检区域内。

    4.4模拟板级安装SMDs再流可焊性试验程序

    作为4.3浸人和观察可焊性试验程序的替代方法,本方法可以作为表面安装器件可焊性试验的可 选程序。浸人和观察可焊性试验方法不能充分的对窄节距的翼形封装器件(间距<0.5mm)进行试验 同样,浸人和观察可焊性试验方法也不适用于球栅阵列封装器件(BGA封装)。 除有关文件另有规定,在可焊性试验之前应按4.2的规定对样品进行老化。 注:对于窄节距封装器件.例如翼形封装,为避免相邻引线在浸煜时发生桥连,可间隔去掉部分引线

    4.4.2试验设备设置

    再流温度曲线参数(见图5平顶峰形)规定如下:

    图5平顶峰形回流曲线图

    焊接标准4.4.3样品准备和表面条件

    4937.212018/IEC6074

    4.4.3.1所有的元器件引线或引出端的可焊性试验条件应与正常的组装焊接时的条件相同。被试样品 不能用手直接接触或接触其他污染,引线或引出端不能被擦拭、清洁、刮伤和磨损。 4.4.3.2用刮力或滚轴将焊膏涂抹到掩膜板上(对于窄节距引出端使用刮力,对于标准节距引出端使用 橡胶滚轴),并将具有引出端图形的焊膏印刷到下面的陶瓷基板上。 4.4.3.3小心移开掩膜板,避免印刷到基板上的图形被涂抹,确保印刷的焊膏图形与被测元器件的引出 端几何图形相同。 4.4.3.4使用镊子,将元器件的引出端放置在印刷好的焊膏上。避免用裸手接触焊盘使引出端被皮肤 油脂污染。可以通过适当的放大倍数检查样品引出端的放置情况 注:推荐使用目视对准工具帮助窄节距封装和球栅阵列封装器件引出端的精确放置。 4.4.3.5将基板放置在再流设备的适当位置,对基板和元器件进行再流焊。 4.4.3.6再流焊试验结束后,小心取出焊有元器件的基板并冷却。 4.4.3.7样品冷却到室温后,用镊子将样品从基板上取下。由于助焊剂残留,引出端上可能会附着少量 的残留材料, 4.4.3.8使用适当的清洁方法除去助焊剂残留

    4.4.4.1放大倍数

    4.4.4.2接收/拒收判据

    任一引出端的被检部分至少95%的面积覆盖有连续的焊料层,除了未浸润、脱浸润、针孔以外的 不应拒收。对于表面安装器件,引线末端有切口或无镀层时,允许暴露末端金属

    相关文件应规定以下内容: a) 采用的程序,如不是“浸人和观察”; 每个器件的受试引出端数量(见4.3)和试验条件: 适用时,引出端的特殊预处理(见4.3.3.2); d) 老化,若要求(见4.2); 浸入深度,如不同于4.3.3.4.1的规定; f 浸入、提出速率和(或)停留时间,如不同于4.3.3.5.1的规定; 要求时试验后的电测试(参数、条件、分组等); h) 焊料温度 矿产标准,如不同于4.3.2的规定; i) 助焊剂型号,如不同于3.6.1的规定

    相关文件应规定以下内容: a) 采用的程序,如不是“浸人和观察”; 每个器件的受试引出端数量(见4.3)和试验条件: C 适用时,引出端的特殊预处理(见4.3.3.2); 老化,若要求(见4.2); 浸入深度,如不同于4.3.3.4.1的规定; 浸入、提出速率和(或)停留时间,如不同于4.3.3.5.1的规定; 5 要求时试验后的电测试(参数、条件、分组等); h) 焊料温度,如不同于4.3.2的规定; 助焊剂型号,如不同于3.6.1的规定

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