关于检测助焊剂残留影响的四项试验

一、引言

在现代电子制造领域,材料的可靠性和稳定性是确保产品性能的关键。你是否想过,为什么有些电子设备在潮湿环境中容易失效?为什么电路板上的焊点会出现腐蚀或短路?这些问题的背后,往往与材料的电化学性能密切相关。

本篇推文围绕电化学迁移测试、铜镜测试、铜板腐蚀试验、绝缘电阻测试展开,对这四项试验的相关内容进行介绍。

 

二、电化学迁移测试

1、测试目的

电化学迁移测试通过模拟温湿度环境,检测电路板在接触高温高湿的环境后,是否会有电迁移现象发生,帮助评估助焊剂残留及其他污染物的潜在风险,为优化清洗工艺和材料选择提供科学依据。

 

2、测试标准

IPC-TM-650 2.6.14.1 

 

3、测试仪器

梳型电路板(0.318mm线宽0.318mm间距)、恒温恒湿箱、高电阻计、去离子水、 软毛刷、干燥器、异丙醇、稳定10VDC电压的电源供应器。

 

4、测试方法

1)在制备的三块试件上分别滴加0.3mL的焊剂试样后,在235±℃的焊料槽漂浮3s (有线路面向下);

2)将恒温恒湿箱温度设定至65℃±3.5℃、湿度85.5±3.5%,保持96小时,以电压100VDC测量并记录;

注:电阻值测量的端点分别为1-2、2-3、3-4、4-5,其中端点2、4代表同一电性,端点1、3、5代表另一电性;

3)将测试板的电路连接在电源供应器,电压为10VDC,施加电压的正负极与测试电压的正负极相同;

4)在试验进行500小时后,以电压100VDC测量并记录电阻值。

 

5、判定标准

1. IR 500H≥IR 96H/10。 

2. 电极间的电迁移不能超过间距的20%。 

3. 无腐蚀现象,允许梳形电极的一级有轻微变色。

 

三、铜镜腐蚀

1、测试目的

通过观察铜镜腐蚀后是否出现透光或颜色消失的现象,可以评估助焊剂对镀层铜镜的侵蚀性。

 

2、测试仪器

异丙醇(99%)、铜镜、去离子水、恒温恒湿箱。

 

3、测试方法

1)将纯铜真空沉积在3mm×30mm-3600mm的清洁光学玻璃皿上,制备成铜镜,其厚度应保持均匀。使用光电分光计进行测量时,允许波长为5000A的垂直入射光透5%-15%。在充足的光线下检查铜膜,确保其表面无氧化膜及任何损伤

2)在同一块铜镜表面上,分别滴加约0.05mL的被测焊剂和0.05mL的标准焊剂,确保两种焊剂相邻但不接触。滴加时需注意滴管不得触碰铜镜表面,以避免污染或损伤,试样需制备3块

3)将试样水平放置在温度为23±2℃、相对湿度为45%-55%的无尘密闭室内24小时

4)试验完成后,将铜镜浸入清洁的无水乙醇中除去被测焊剂和标准焊剂,清洗后检查铜镜是否存在腐蚀现象

 

四、铜板腐蚀试验

1、测试目的

将焊剂置于高温高湿环境中进行测试,通过观察铜板表面是否出现腐蚀现象,判断焊剂对铜板的腐蚀性。

 

2、测试仪器

异丙醇、加热板、铜片、烘箱、显微镜、去离子水、恒温恒湿箱。

 

3、测试方法

1)从GB2040规定的二号铜板(牌号为T2)剪取平整试片,去油后用500#细砂纸去除表面氧化膜并用抛光膏抛光,再使用无水乙醇清洗试片并充分干燥。将处理好的试片放在温度为150±2℃的烘箱中氧化1小时,所有试片应放在烘箱的同一高度上。试片从烘箱中取出后,放在密封的干燥器中备用。

2)取已制备好的铜片,大小规格51×51mm,中央用钢球压制出深度为3.2mm的凹痕,将试样置于其中,在235±5℃的锡炉上保持5±1秒钟使其融化。

3)将制备好的试样按照指定的测试标准中规定的测试时长进行试验:

a. 按照GB9491-2002标准,将制备的试样4个样品中的3个置于40±2℃、93±2%RH的环境中,进行7天或14天的环境试验,另外1个样品置于干燥瓶(23±2℃,<50±2%RH)中作对照试验。 

b. 按照JIS-Z-3197-99标准,将制备的试样4个样品中的3个置于40±2℃、93±2%RH的环境中,进行72H或96H的环境试验,另外1个样品置于干燥瓶(23±2℃,<50±2%RH)中作对照试验。 

c. 按照PC-TM-650 2.6.15标准,将制备的试样3个样品先在试验前拍照,然后将这3个置于40±2℃、93±2%RH的环境中,进行10天的环境试验。试验完成后取出,与之前的照片作对比是否有腐蚀情况。 

 

4、判定标准

1)GB9491-2002、JIS Z 3283-2001两项标准要求试样与比对板对照,应无明显腐蚀现象

 

2.)PC-TM-650 2.6.15标准对测试条件进行了分级标识——

L:铜板无明显腐蚀;

M:铜板有轻微腐蚀;

H:铜板有严重腐蚀现象。 

 

五、绝缘电阻测试

1、测试目的

检测印刷电路板上的焊剂残留物,在接触高温高湿的环境后,是否会导致电路板的阻抗下降

 

2、测试仪器

恒温恒湿箱、高电阻计、去离子水、软毛刷、干燥器、异丙醇、实心锡线、稳定40-50VDC电压的电源供应器,误差范围±10%。

 

3、测试方法

1)测试前需对PCB进行清洗,去除表面污染物残留。

a. 用毛刷刷洗PCB后,将PCB放入异丙醇溶液中,清洗后用大量的水进行冲洗;

b. 将清洗干净的PCB放入盛有300ml去离子水的3个烧杯中,按先后顺序进行来回的荡洗;

c. 将用去离子水清洗干净的PCB放入盛有无水乙醇(AR级)的烧杯中进行脱水,接着放入85℃的烘烤箱中烘烤30min;

d. 冷却至室温后,测量PCB的绝缘电阻值,并选取并选取电阻值均不小于1×10¹³Ω的试件备用(烘烤好的板需放入干燥器中进行保存)。

 

2)按照GB9491-2002标准进行

a.试样制备:选取至少三块试样,间距、线宽(小块)为0.5mm

b. 在制备的三块试样上分别滴加0.3mL的焊剂,随后放入85℃的烘箱中保持30分钟(焊接后处理方法:在235±5℃的焊料槽上漂浮3秒,有线路面保持向下)

取出后,将试样转移至温度为40℃、相对湿度为90%-95%的试验箱中,持续放置96小时

试验后,将试样取出并在室温和相对湿度为90%的条件下恢复1小时,使用高阻仪测量1-2、2-3、3-4和4-5点之间的绝缘电阻(读数时间为1分钟),并取三块试样的最小值作为焊剂焊接前的绝缘电阻。

注:高阻仪测试量程为10⁶~10¹⁷Ω,测试电压为500V DC。

 

3)按照JIS Z 3197-99标准进行

a. 试样制备:选取至少三块试样,间距、线宽(小块)为0.318mm

b. 焊接后:在制备的三块试样上分别滴加0.3mL的焊剂,并在235±5℃的焊料槽上漂浮3秒,保持有线路面向下,将3块测试板和1块未涂焊剂的控制板放在温度为40℃、相对湿度为90%的试验箱内保持186小时在24小时、96小时和168小时后,测试各点间的绝缘电阻,测试电压为DC 100V,同样取最小值。

 

六、总结

本文介绍的四个测试项目,均为评估电子材料可靠性的有效手段。通过这些测试,我们能够掌握材料在高温、高湿、电场等复杂环境下的性能表现,从而为电子产品的设计、制造和质量控制提供有力支持。