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技术信息

技术文章--有铅焊接工艺下的无铅可焊性


介绍

*新立法及客户需求推动了电子连接器无铅的发展.本文将回顾新涂层可焊性实验来证明锡/铅回流焊工艺中对无铅的兼容性。
泰科电子如今使用的纯锡镀层在锡/铅波峰焊工艺中完全向后兼容,在无铅焊接工艺中则是向前兼容。纯锡镀层在未来无铅焊接工艺中也出现完全向前兼容迹象。实验将比较锡/铅表面和无铅表面的锡/铅焊料可焊性性能。

适用范围

可焊性实验证明了连接器引脚完整性及提供活性焊接表面的能力。尽管连接器引脚几何学及基底金属可能会影响个别产品可焊性,但与改变连接器引脚产生的影响相比,这些影响微不足道。此次测试在锡及锡/铅涂层的镀金触点上进行。所选触点代表泰科电子在电镀制造工艺中使用的触点。因此,以下结果对大部分波峰焊和及表面贴装焊接元件都适用。

测试方法

进行大量实验以便观察这些涂层可焊性。按照在IPC / JEDEC J-STD-002B4描述的方法,此次报告所有测试均使用METRONELEC公司的ST78可焊性测试仪进行。此类型测试的理论信息可找到出处。润湿天平测得的参数见表1。IPC / JEDEC J-STD-002B测试一个重要特例是锡槽温度(例如220℃)。使用这种温度是为了模拟锡/铅回流操作温度。



根据IPC/JEDEC002B,润湿平衡测试法中每个测试都有三个关键测量值:零交叉时间(T0),第2秒润湿力(F2)和第5秒润湿力(F5)。零交叉时间表示润湿速度,而F2和F5用来量化润湿程度并识别对去润湿敏感的镀层。

材料和样品:

此次实验检测的样品采用有光泽93/7锡/铅或无光泽锡作为无铅电镀层。使用大小和尺寸相同但零件号码不同的两种泰科产品。这些产品在锡/铅和无铅电镀两种状态下都可用并能代表泰科电子大多元件。所有样品均使用厚度为1.27  - 2.5μm (50-100μin)的镀镍底板。纯锡和93/7锡铅电镀层厚度都在2.5 - 5μm (100-200μin)之间。表2显示了两种不同样品测试组合。



实验结果:

               为合格/不合格标准列出推荐的评估范围(根据IPC/ JEDEC J-STD-002B润湿平衡测试):
               T0 - 零交叉时间(润湿力从负值到正值所用的交叉时间)
               F2 - 第2秒润湿力(测试中第2秒润湿力)
               F5 - 第5秒润湿力(测试中第5秒润湿力)

F2(间接F5)推荐的评估标准是*大理论润湿力的50%(50%MTWF),其计算方法如下(根据IPC/ JEDEC J-STD-002B):
                         
              50%MTWF = (t)(P)(cosα) - (d)(g)(V)

其中:
            t  =焊料表面张力= 0.4焦耳/m²
            P =样品/焊料表面周长以mm计算
            α =*佳润湿角= 0°
            d =焊料密度@220°C =8001 kg/m³
            g =引力常数=9.8 m/s²
            V =完全浸润时浸润标本的体积

P[mm]和V[m³]由被测试基础部分的几何形状计算而来。本研究中所用样品50%理论润湿力的值分别为177μN/mm的纯锡样本,170μN/ mm的93/7锡/铅样品。

无光泽锡和有光泽锡/铅沉淀物的润湿平衡测试数据分别见图1和图2。





探讨:

       比较纯锡与93/7锡/铅沉淀物可焊性性能:

T0:
      93/7锡/铅沉淀物润湿速度(0.96秒,σ= 0.08)比纯锡沉淀物(0.69秒,σ= 0.06)快。 93/7锡/铅样品中其中一个零交叉时间大于1秒,而纯锡样品种有7个样品零交叉时间大于1秒。所有样品零交叉时间都小于2秒。

F2:
      93/7锡/铅沉淀物在2秒时(285 uN/mm, σ=32)的润湿力大于纯锡沉淀物(203 uN/mm, σ=49)。 93/7锡/铅其中一个样品在2秒时的润湿力小于MTWF 的50%,而纯锡样品在2秒时有9个样品的润湿力小于MTWF 的50%。所有样品在2秒时润湿力都为正值。

F5:
      纯锡沉淀物在5秒时(326 uN/mm, σ=26)的润湿力大于93/7锡/铅沉淀物(306 uN/mm, σ=33)。所有纯锡样品在5秒时润湿力大于2秒时润湿力。93/7锡/铅样品中有2个在5秒时的润湿力小于其2秒时的润湿力。润湿力减少幅度很小,低于总润湿力的3%,焊料去润湿并不明显。

综上所述,93/7锡/铅沉淀物开始时润湿速度较快。然而,随着测试进行,纯锡沉淀物表现出比93/7锡/铅沉淀物更大的润湿力。

结论:
       1)纯锡电镀元件可焊性良好,并与锡/铅焊接工艺向后兼容。
       2)93/7锡/铅沉淀物开始时润湿速度比纯锡快。然而,随着测试进行中,纯锡沉淀物表现出比93/7锡/铅沉淀物更大的润湿力。

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