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                锡膏制造基础讲座之九 锡膏检验项目

                膏制造基础讲座之九 锡膏检验项目

                1,锡粉颗粒与形状测试

                      目的:良好的锡粉形状(球状)与粒径范围,将有助于印刷时的下锡性;

                      规范标准:依据参考J-STD-005之3.3 Solder Powder Particle Size;IPC-TM-650之2.2.14;

                      测试仪器:3D画像测定仪;

                      测试方法:使用80倍以上的显微镜观察锡粉外观。并利用随机取样的方式计算出锡粉的粒径分布范围,同                          时观察锡粉的形状是否呈现为“真球状(正圆球或椭圆球--合格)”或者是“不定形状”。

                2,锡粉合金成份

                      目的:确认合金的成份与不纯物比例是否符合标准规范的规格;

                      规范标准:参考依据JIS-Z-3282;

                      测试仪器:火花放射光谱仪;

                      测试方法:(1) 从锡膏当中取样约250g并将flux用溶剂洗净。

                                         (2) 加热使其成为锡块。

                                         (3) 将锡块样本放置在火花放射光谱仪上。

                                         (4) 约莫30秒钟之后电脑将自动将所设定测试的合金不纯物比例列出。

                      判定标准:铅含有量不得超出0.1%。

                 

                3,助焊剂含量

                      目的:确认助銲剂含量与标准值不超过±0.5%,避免锡膏加热之后残留过多的助銲剂;

                      规范标准:依据参考JIS-Z-3197之6.1篇;

                      测试仪器:电子天秤;

                      测试方法:锡膏搅拌均匀后,精秤约30克样品至250毫升烧杯中,记录其重量为W1(g)。加入甘油,其量须                          能完全覆盖锡膏,加热使銲锡与助銲剂完全分离。取出已固化的銲锡,以水清洗。浸入乙醇中                          约5分钟,常温下再水洗并干燥之。精秤其重量记为W2(g)。依据式(1)计算助銲剂含量:助銲剂                          含量(%)=[(W1-W2)/W1]x100%。

                      判定标准:是否符合厂商所附规格上的内容(助銲剂含量与标准值不超过 ±0.5%)。

                 

                4,粘度测试

                      目的:确保锡膏印刷品质及保持良好的下锡性;

                      规范标准:依据参考JIS-Z-3284之附件六4.1篇;

                      测试仪器: Malcom 黏度计PCU 203型—;

                      测试方法:(1)将銲锡膏放在室温或25℃里2~3小时。

                                         (2)将銲锡膏容器的盖子打开,用刮刀避免空气混入小心搅拌1~2分钟。

                                         (3)将銲锡膏容器放入恒温槽。

                                         (4)回转速度调整在10RPM,温度设定在25℃,约3Sce后确认被Rotor所吸取的銲锡膏出现在排                              出口后,停止Rotor回转,等到温度稳定。

                                         (5)温度调整完后设定10RPM,读取3Sce后的粘度值。

                                         (6)接着设定3RPM的回转速度,在回转状态下放6S.

                                         (7)读取6分钟后的粘度值。

                 

                5,卤素含量测试

                      目的:检测助銲剂中的氯或溴离子含量是否符合规范中所列的含量;

                      规范标准:依据参考JIS-Z-3197之6.5:JIS-Z-3284之4.2(Flux for solder paste);

                      测试工具:电位差自动测定仪(KYOTO AT-400); 电子自动天平(Denver Instrument M-120)、 回转子、                              0.02M硝酸银溶液;

                      测试方法:1.精秤约10克锡膏样品至250毫升烧杯中,加入约150毫升乙醇。

                                         2.锡膏样品重量x助銲剂含量=锡膏样品中的助銲剂重量(即输入滴定仪之size值);

                                         3.将装有样品的烧杯移至电位滴定装置充分搅拌后以0.02M硝酸银溶液滴定至终点;

                                         4.滴定仪可自动计算出氯含量,并绘出电位VS硝酸银溶液耗用体积之图形。

                      判定标准:(1)是否符合厂商所附规格的内容;

                                         (2) 参照JIS-Z-3284之4.2的规范。

                 

                6,锡珠测试

                      目的:测试锡膏加热融化后,于氧化铝板上收缩成一颗锡球的能力与安定不飞溅的稳定度;

                      规范标准:依据参考JIS-Z-3284之附件十一;

                      测试工具:(1)氧化铝基板(25×50×0.6~0.8mm)。

                                         (2)钢板(25×50×0.2mm):中心有直径为6.5mm的孔洞。

                                         (3)銲锡浴槽尺寸100×100×75mm

                                         (4)放大镜 :10~20倍(全景观察用),50倍(銲锡球观察用)。

                      测试方法:(1) 当锡膏中的銲锡组成为Sn63Pb37及Sn60Pb40时,銲锡槽的温度设定为235±2℃,当为其他                               合金组成时,温度设定为较合金液相温度高出50±2℃。

                                         (2) 将銲锡膏轻轻搅拌均匀。

                                         (3) 将钢板置于氧化铝基板上,以刮刀施以印刷以使锡膏完全填入金属罩的孔洞中,然后移开钢                                板并确认经印刷之锡膏的尺寸为直径6.5mm且厚度为0.2mm即制得试验片,制备两个试验                                  样品。

                                         (4) 将其中一个试验样品在条件(a)下加热及熔化并将另一样品在条件(b)下加热及熔化。视需                                     要,在150℃下实施一分钟的预热。  

                       条件(a)  印刷后一小时内;

                       条件(b)  印刷后在相对湿度为(60±20)%且温度为25±2℃的条件下放置24小时后以刮刀清理銲锡槽中銲锡的                      表面,将样品水平地置于液状銲锡的表面,锡膏熔化5秒钟后将试验样品水平地自液状銲锡的表面                      移出,令其冷却直到试验样品銲锡固化。

                      判定标准:(符合2级以上) 銲锡(粉末)溶融,銲锡变成一个大球;

                                          在周围有直径75μm以下的锡球在3个以下。

                 

                7,扩散性实验

                      目的:测试锡膏的吃锡性,确认其清除氧化物的能力;

                      规范标准:依据参考JIS-Z-3197之6.10;

                      测试工具:铜板:符合JIS H 3100之C 1201 P或者C1220 P级的加磷去氧化铜板,其尺寸为0.3 x 50 x 50                                          mm。

                                         加热板:加热板应能设定及维持温度在220-230℃。

                                        分厘卡:符合JIS B 7502者或等同于或优于彼的量测装置。

                      测试方法:(1)将铜板浸没于二甲苯中并以#500砂纸研磨以去除氧化膜。

                                         (2)研磨后以异丙醇将附着至铜板表面的污物清除,置于空气中完全干燥。

                                         (3)将铜板置于温度约为150℃的烘箱中1Hr以实施氧化处理。

                                         (4)将铜板自烘箱中取出并冷却至室温,精秤约0.3克的锡膏至铜板上.

                                         (5)将铜板置于温度为220-230℃的加热板上30秒,令锡膏熔化扩散.

                                         (6)冷却至室温后,以异丙醇将残余的助焊剂去除,并风干。

                                         (7)以分厘卡量测銲锡扩散后的高度并计算扩散率。

                                                                    D-H

                     计算方法:扩散率(%) = --------------x 100%

                                                                       D

                   H:扩散之銲锡的高度(扣除空板厚度);D:假设扩散的銲锡为球体时,其直径(mm);

                   D=1.24V1/3 ;V:重量/比重

                      判定标准:由于无铅的扩散率尚未制定标准,但是以目前的经验,其扩散率大致上介于70~80%为可接受                            范围。

                8,润湿性实验

                      目的:测试锡膏的湿润性能力,确保锡膏的吃锡效果;

                      规范标准:依据参考JIS-Z-3284之附件十;

                      测试仪器:沾锡天秤;

                      测试材料:(1)试验板 (a)铜板 JIS H 3100适合C1201P或C1220P的磷脱酸铜板,尺寸为50*50*0.5mm(b)黄                                铜板 JIS H 3100适合C2680P的黄铜板,尺寸为50*50*0.5mm。    

                                         (2)砂纸(600番‧耐水)

                                         (3)异丙醇

                                         (4)钢版厚0.2mm、直径6.5mm的孔4个,开在距中心处10mm位置。

                                         (5)刮刀(scraper)

                                         (6)空器循环干燥器

                                         (7)銲锡浴槽(100*100*75mm以上,在Sn60/Pb40的銲锡时,能保持温度235±2℃或215±2℃的东                              西,浸渍器具需使用低热容量的东西。

                      测试方法:铜板及黄铜板各试验一次。

                                         (1)将銲锡浴槽设定在235±2℃。如考虑用VPS时则设定在215±2℃。

                                         (2)銲锡膏放置到与室温相同为止。

                                         (3)用异丙醇将铜及黄铜的试验板擦拭干净。

                                         (4)将试验片的单面用砂纸沾水研磨。首先同一方向研磨,再以先前呈直角的方向研磨。

                                         (5)用异丙醇再次擦拭表面。

                                         (6)将銲锡膏用刮刀搅拌均匀。

                                         (7)表面研磨后1小时内,把钢板盖表面。

                                         (8)涂抹锡膏,用刮刀将钢板上的孔完全涂满。

                                         (9)自基板取下钢板。

                                        (10)如有预备干燥,将涂试验板放到150℃的空气循环干燥器里处理1分钟。

                                        (11)銲锡溶槽的表面用刮板加以清除干净。

                                        (12)将表面涂有銲锡膏的基板以水平放置在銲锡浴槽上加热。

                                        (13)自銲锡融解起5秒后,将基板取出。

                                        (14)水平放置直到基板上銲锡固化。

                                        (15)检查扩散程度。 

                        判定标准:

                                                           越接近下表指标1代表湿润性越好!

                扩散程度区分

                扩散状态

                1

                由銲锡膏融解的銲锡,把试验板濡润,扩散到所涂布銲锡膏面积以上的状态。

                2

                涂布銲锡膏处完全为銲锡所濡润的状态。

                3

                涂布銲锡膏处大部份为銲锡所濡润的状态(亦包含有De-wetting)。

                4

                试验板并无銲锡濡润的样子,溶融銲锡变成一个或多数量锡球的状态(Non-wetting)。

                 




                备注1.在黄铜板上,銲锡因毛细现象,沿着锉刀的沟有时会扩散到主要扩散面积以外的地方,  

                          此多余的扩散为无光泽,可不予理会。

                       2.有时亦会有极细小的小锡球,此为回銲不均匀所致,不特别加以评价。

                       3.将銲锡浴槽设定235±2℃的理由,为考虑使用共晶銲锡。有关共晶銲锡以外的合金

                          时,銲锡浴槽设定温度为比合金的液相线温度高50±2℃。使用VPS时,试验温度      设定在215±2℃。

                 

                9,印刷性实验

                      目的:测试锡膏的印刷性,确认印刷品质;

                      规范标准:内部制定试验方法;

                      测试仪器:印刷机---DEK 265,显微镜;

                      测试工具:钢板---升贸,PCB板---PTC-SP-001;

                      测试方法:(1).取一平面板作为印刷用板;

                                         (2)钢板开孔设计,开孔间距分为6mil(0.15mm)、8mil(0.2mm)、10mil(0.25mm);

                                         (3).钢板使用厚度为0.13mm、0.1mm(4). 印刷机参数为刮刀速度(25mm/sec),刮刀压力                                           (5.4kg),脱模速率(0.99mm/sec)脱模距离(1.5mm)。

                                         (4)将锡膏由自动搅拌机搅拌后开始印刷,连续印刷12片不擦拭钢板,使用150倍放大观察短路                                数量,并加以纪录。

                      判定标准:纪录其短路数量,并从四种锡膏当中选择较优的一款。

                 

                10,坍塌性实验

                      目的:测试锡膏于受热时的抗坍塌性,以防止短路与锡球的发生;

                      规范标准:依据JIS-Z-3284之附件八;

                      设备:(1)用(I)3.0×0.7mm或(II) 3.0×1.5mm2种模型,将其由0.2mm到1.2mm止以逐次渐加

                                     0.1mm方式配置之2种模型厚0.20+0.001mm的黄铜板或者不锈钢板;

                                  (2)铜张积层板(80×60×1.6mm);

                                  (3)空气循环式加热炉(加热温度:200℃以上) ;

                                  (4)砂纸(600番);

                                  (5)异丙醇;

                      测试方法:(1)用砂纸研磨铜张积层板,用异丙醇清洗;

                                         (2)将钢版置放在铜张积层板上,使用适当的刮刀(squeegee)来印刷锡膏,然后拿开钢版。

                                         (3)在空气循环加热炉中,将印刷过的试验板加热1分钟。共晶銲锡时为150℃,低融点銲锡时为                              比固相线温度低10℃;

                                         (4)种模型的5列之中,测定记录所印刷的銲锡膏全体不会变成一体的最小间隔;

                      判定标准:在2种模型中的5列,所印的銲锡膏全体不会变成一体的最小间隔。

                 

                11,铜镜试验

                      目的:利用铜镜是否有透光,颜色消失来检测助銲剂对真空蒸镀成的铜镜的侵蚀性;

                      标准规范:依据参考IPC-TM-650之2.3.32;

                      测试方法:将约0.05ml的助銲剂溶液滴于铜镜上,并且将铜镜置于温度为23±2℃及相对湿度为50±5%RH的                          试验箱中,放置24小时;

                      判定标准:铜镜的铜膜不能被除去而透光。

                 

                12,铬酸银试验

                      目的:利用铬酸银试纸的颜色变化来检测助銲剂中氯、溴离子的含量;

                      规范标准:依据参考J-STD-004之3.2.4.2.1以及IPC-TM-650之2.3.33;

                      测试方法:将锡膏当中的助銲剂萃取后,再把一滴助銲剂溶液滴于51mm×51mm的铬酸银试纸,约过了                              10min后,观察试纸上颜色的变化;

                      判定标准:试验纸不能变为白色或白黄色;

                                         试验纸未变为白色或黄白色,合格(不含氯溴离子);

                                         试验纸变为白色或黄白色,不合格(含有氯溴离子)。

                 

                13,铜板腐蚀试验

                      目的:主要验证助銲剂残渣残留在基板上是否会造成腐蚀的现象;

                      规范标准:JIS-Z-3197 之6.6.1 或者IPC-TM-650之2.6.15;

                      测试方法:秤取0.3克锡膏置于铜板上。将此试验板置于220℃的加热板上使銲锡熔化。熔化状态下保持5秒                          钟。将此试验板冷却至室温。然后再将此试验板放在40℃,相对湿度90%的环境中放置96小                              时;

                      判定标准:与室温下储存之比较用试验板互相比较,其腐蚀性不会更为显着。

                 

                14,表面绝缘阻抗(S.I.R)试验

                      目的:确认锡膏回銲后的助銲剂残留,是否有足够的绝缘阻抗值;

                      规范标准:依据参考JIS-Z-3284之附件三;

                      测试仪器与材料:恒温恒湿箱 & 绝缘抵抗计 & 梳型电路板;

                      测试环境条件:温度40℃,相对湿度90%,或温度85℃、相对湿度85%,168小时;

                      测试方法:(1)、试验板之取得:

                                               (a)銲锡膏的涂布法:在梳形电极的重叠部的电极部,将与电极的线图相合加工成条状厚                                          100μm的金属板,把锡膏平均印100μm的厚度;

                                               (b)銲锡膏的溶融:放到设定150℃干燥器内2Min,接着放在保持260℃热板上,将锡膏溶融                                    30秒(銲锡溶融需能保持15秒以上)。放冷后,成为试验片。印刷后及回銲后,用放大镜确                                    认试验片有无尘埃附着,如有附着用镊子夹除;

                                           (2)、恒温恒湿箱之设定:

                                                (a)对电极的配线,用同轴电缆线,放入恒温恒湿槽前用DC 100V,测量各端子间的绝缘抵                                       抗值;

                                                (b)设定chamber的环境条件为40℃、90%R.H;

                                                (c)于chamber中置放24Hr后,利用100V DC电压量测其阻值;

                                                (d)施加一偏压+48V,于施加偏压后第24、96、168Hr,以-100V电压量测试片阻值。

                                                    判定标准:每个样品取三片进行测试,并取相乘平均值。经过168Hr之后,所有样品皆                                       须达到1×10^10以上才算通过。

                 

                15,电子迁移试验

                      目的:确认锡膏回銲后的助銲剂残留,是否于电路间因高温及高湿环境下形成漏电流,而随着电子迁移形                  成树突状细丝;

                      规范标准:依据参考JIS-Z-3284之附件十四;

                      测试仪器与材料:恒温恒湿箱 & 绝缘抵抗计 & 梳型电路板;

                      测试环境条件:温度40℃,相对湿度90%,1000小时;

                      测试方法: (1)、试验板之取得(a)銲锡膏的涂布方法:在梳形电极的重叠部的电极部,将与电极的线图相                                     合加工成条状厚100μm的金属板,把锡膏平均印100μm的厚度.(b)銲锡膏的溶融  放到设                                      定:150℃干燥器内2 Min,接着放在保持260℃热板上,将锡膏溶融30 S(銲锡溶融需能保                                    持15S以上)。放冷后,成为试验片。印刷后及回銲后,用放大镜确认试验片有无尘埃附                                      着,如有附着时则用镊子夹除;

                                           (2)、恒温恒湿箱之设定:

                                                 (a)在各电极配线,顾虑凝集水滴不会滴落到梳形板的模型上,顺依4.(1)所示之条件,将试                                       验片放入所设定之干净的恒温恒湿槽,在电极间印加电压DC45~50V;

                                                 (b)在试验片投入恒温恒湿槽后1000 Hr,自槽内取出用放大镜(20倍以上)确认迁移情况。

                                                      判定标准:每个测试样品取三片,用放大镜如看到一极往另一极生成树枝状的金属的                                           话,即可判定有迁移发生。

                 

                16,拉力测试

                      测试目的:测试锡膏焊接后电子元件的牢固能力﹐承受的推拉力大小;

                      测试速度:10mm/min,实验中常用的电子元件是QFP﹐拉力的大小为>0.5㎏/load;

                      测试感应器:推拉力测试机2000N load cell。

                 

                17,X-Ray测试

                      实验目的﹕利用X-Ray检测零件内部锡膏焊接后有无气泡﹐空焊﹐短路﹐断裂等问题;

                      实验设备﹕X-Ray 检测仪﹐显微镜;

                      检验标准﹕观测有无有无气泡﹐空焊﹐短路﹐断裂等问题。

                 

                18,切片测试

                      实验目的:切片研磨以从侧面观测 IC锡球的焊接效果;测试IMC合金层的厚度;

                      实验设备﹕精密切割机,真空包埋机,研磨机,显微镜;

                      实验标准﹕IPC-610-D;

                      实验步骤﹕用精密切割机把电子元件从电路板上切割下来﹐用真空包埋机封装﹔研磨处理完后用显微镜观                          测;切片观察结果。

                 

                19,震动测试

                      实验目的:测试焊点在震动后的性能稳定性﹐震动后是否功能良好;

                      振动频率:5500 Hz ,Input Acceleration:3.13 Grms﹔持续时间:10 mins /axis;震动方向: 垂直                                  (X.Y.Z)轴方向;

                      参考标准:Refer to pdf document R0507336 Vibration;

                      实验设备:UD S452;Software:VWIN 4.19,Accelerometer:UNHOLTZDICKIE 10B10T(S/N:5619);

                      温度控制﹕Temperature:25±10℃;

                      检验标准﹕实验后无任何功能性不良﹐电路问题。

                 

                20,冲击测试

                      实验目的﹕测试焊点经受冲击后的稳定性。

                      实验条件﹕方形波力度:50g﹔速率:170 in/s;

                      冲击方向﹕3面冲击(X+/X, Y+/Y, Z+/Z);

                      Shock Tester:AVEX/SM220.MP (S/N:ED0022);

                      Accelerometer:PCB 353B15;

                      实验温度:25±10℃;

                      检验标准﹕实验后无任何功能性不良﹐电路问题。

                 

                21,热循环

                      实验目的﹕测试焊点的耐高温性能﹐是否在高温高湿环境下功能良好;

                      测试方法﹕转速:10℃/min﹐1000 Cycles;

                      持续时间:10minutes;

                      温度要求:0-100℃;

                      实验设备﹕WEISS WK11-2707017-LIN;

                      检验标准﹕实验后无任何功能性不良﹐电路问题。

                 

                22,高温高湿

                      实验目的:测试焊点的耐高温高湿性能﹐是否在高温高湿环境下功能良好;

                      温度要求: 0~~500℃;湿度: 90%;

                      实验步骤﹕Cycle Time:24h/cycle﹔Total 3cycles,72hours;

                      实验设备﹕ESPEC PDL-4K;

                      检验标准﹕实验后无任何功能性不良﹐电路问题。

                 

                23,跌落实验

                      实验目的:测试焊点的耐高温高湿性能﹐是否在高温高湿环境下功能良好;

                      温度要求: 0~~50℃;湿度:90%;

                      实验步骤﹕Cycle Time:24h/cycle,Total 3cycles,72hours;

                      实验设备﹕ESPEC PDL-4K;

                      检验标准﹕实验后无任何功能性不良﹐电路问题。


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