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在電子制造領域,表面貼裝技術(SMT)是主流。一個微小的貼片電阻、電容或芯片,能否在高溫的焊接過程中“扛得住”并形成可靠的連接,直接決定了最終電子產品的質量和壽命。國際電工委員會(IEC)發布的 IEC 60068-2-58 標準,正是為評估這些表面貼裝器件(SMD)的焊接相關性能而制定的一套權威“體檢”方法。
IEC 60068-2-58 的全稱是《環境測試 第2-58部分:測試 – 測試Td:表面貼裝器件(SMD)的焊接性、金屬化抗溶解性和焊接熱阻測試方法》。它屬于IEC 60068環境測試系列標準的一部分。
該標準的核心目的是通過模擬實際焊接過程,檢驗SMD的三種關鍵性能:
焊接性:器件的電極或端子能否被焊料良好潤濕,形成可靠連接。
焊接熱阻:器件的本體(通常是非金屬的塑料或陶瓷封裝)能否承受焊接過程中的高溫熱應力而不損壞。
金屬化抗溶解性與抗去潤濕性:器件的金屬化端子(如鍍層)是否會在熔融焊料中過度溶解,或出現焊料覆蓋后又被“推開”(去潤濕)的現象。
標準為每種測試(Td?, Td?, Td?)都提供了兩種模擬方法:焊錫浴法(Method 1)和回流焊法(Method 2),以適應不同焊接工藝(如波峰焊和回流焊)的評估需求。
本標準主要適用于表面貼裝器件,包括設計用于波峰焊/浸焊(Flow Soldering)和回流焊(Reflow Soldering)的SMD。
焊錫浴法:更貼近模擬波峰焊、浸焊等工藝,熱量直接通過熔融焊料傳導。
回流焊法:更貼近模擬回流焊工藝(如熱風回流、氣相回流),熱量通過對流或蒸氣冷凝傳遞。
該標準不適用于印刷線路板(PWB)本身的測試。
對于特別聲明支持回流焊的特定穿孔器件(THR),也可參考本標準的部分方法。
測試的嚴格等級(如溫度、時間)根據焊接工藝和所用焊料合金分組選擇。標準將工藝分為4組,例如Sn-Pb焊料組、Sn-Ag-Cu無鉛焊料組、Sn-Bi低溫焊料組等,并為每組推薦了對應的測試溫度和時間。
主要測試儀器包括:
焊錫浴裝置:容積不小于300毫升,深度不小于40毫米,材質需耐熔融焊料侵蝕。對于高熱容器件,可能需要更大容積的焊錫浴。
回流焊設備:推薦使用強制氣體對流爐(可帶紅外輔助)或氣相回流爐,必須能精確控制并達到標準要求的溫度曲線。
測試基板:用于回流焊法。通常為無金屬化、不可焊的陶瓷片或特定環氧玻璃纖維層壓板,確保評估對象僅為器件本身。
不銹鋼夾具:用于在焊錫浴測試中夾持樣品,其熱容量不應顯著大于樣品,以免影響測試準確性。
顯微鏡:用于最終檢測,放大倍數通常在10倍至100倍之間,用于觀察焊料潤濕、去潤濕等微觀狀況。
溫度測量設備:如熱電偶,用于監控焊錫浴溫度或回流焊過程中器件端子/表面的溫度曲線。
測試完成后,需對樣品進行適當處理以進行評估:
助焊劑殘留清除:測試后60分鐘內,待樣品冷卻至室溫后,需使用合適的溶劑(如異丙醇)清除助焊劑殘留。
恢復:具體的恢復條件(如靜置時間、環境)應在產品詳細規范中規定。
測試流程嚴謹,主要步驟如下:
樣品準備:樣品應在“接收狀態”下測試,避免手指接觸等污染。通常不允許預先清洗,但可根據規范用中性有機溶劑脫脂。
初始測量:測試前,對樣品進行外觀檢查,必要時進行電氣和機械性能檢測,記錄初始狀態。
預處理:如需進行加速老化(評估長期儲存后的焊接性)或針對濕敏器件進行預烘烤,需按規范執行。
測試操作:
焊錫浴法:樣品經助焊劑處理后,以規定速度(20-25 mm/s)浸入指定溫度的熔融焊錫浴中,保持規定時間后取出。
回流焊法:將焊膏印刷到測試基板上,放置樣品,然后使其經歷一個嚴格控溫的回流焊溫度曲線。
最終測量與評估:
焊接性評估:主要檢查焊料對端子表面的覆蓋面積和均勻度。通常要求95%以上的待評估區域被焊料良好覆蓋,且缺陷(如針孔、不潤濕區)應分散而不集中。
焊接熱阻評估:測試后檢查器件外觀有無開裂、起泡等損傷,并進行電氣性能測試,確保功能正常。
去潤濕/金屬化溶解評估:檢查端子表面是否出現焊料回縮,或金屬鍍層是否過度溶解。對溶解面積有定量限制(如單個區域不超過5%,總計不超過10%)。
除了對核心設備(焊錫浴、回流爐)的規格要求外,標準還強調:
設備的溫度控制和穩定性至關重要,必須滿足標準中規定的公差范圍(如溫度±3°C,時間±0.5s)。
回流焊爐應能精確再現標準中定義的溫度曲線(包括預熱區、液相線以上時間、峰值溫度、冷卻斜率等參數)。
夾具的設計應避免對測試區域造成遮擋或不當熱影響。
方法選擇:選擇焊錫浴法還是回流焊法,應基于器件實際應用的焊接工藝?;亓骱笇S闷骷灰耸褂煤稿a浴法測試熱阻,因為焊錫浴溫度可能遠高于實際回流溫度。
熱容量考量:對于體積大、熱容量高的器件,標準允許延長浸漬時間或采用“漂浮”浸漬方式,以確保測試的合理性。
局限性:標準指出,對于純錫等無鉛鍍層端子,使用Sn-Pb焊料浴測試的結果可能與實際低溫工藝(如氣相回流)的性能存在差異。此時,采用回流焊測試法或實際生產工藝進行驗證更為可靠。
濕敏器件:對于塑料封裝的濕敏器件,在焊接熱測試前必須嚴格按照其濕度敏感等級(MSL)進行預處理,防止在高溫下因內部水分汽化導致“爆米花”效應而損壞。
規范優先:本標準是一個方法標準。具體產品的接受/拒收準則、測試嚴酷等級的具體選擇,都應在器件采購方與供應方協商一致的產品詳細規范中明確規定。
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