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

ICS31.080.01GB/T4937.21—2018/IEC60749-21:2011半导体器件机械和气候试验方法第21部分：可焊性(IEC60749-21:2011,IDT)国家市场监督管理总局中国国家标准化管理委员会GB/T4937.21—2018/IEC60749-21:2011 Ⅲ 1 1 13.1焊料槽 13.2浸润装置 13.3光学设备 13.4水汽老化设备 13.5照明设备 2 23.6.1助焊剂 23.6.2焊料 23.7SMD再流焊设备 33.7.1模板或掩膜板 33.7.2橡胶滚轴或金属刮刀 33.7.3试验基板 33.7.4焊膏 33.7.5再流设备 43.7.6助焊剂清洗溶剂 4 44.1向后兼容性 44.2预处理 44.2.1一般要求 44.2.2水汽老化预处理 44.2.3高温贮存预处理 54.3浸入和观察可焊性试验程序 54.3.1一般要求 54.3.2浸焊料条件 5 64.4模拟板级安装SMDs再流可焊性试验程序 4.4.1一般要求 4.4.3样品准备和表面条件 图1翼形封装被检区域 8IⅡGB/T4937.21—2018/IEC60749-21:2011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) 图4小外形集成电路封装(SOIC)和四边引线扁平封装(QFP)被检区域(表面安装器件) 图5平顶峰形回流曲线图 表1水汽老化条件 表2海拔高度与水汽温度的对应关系 表3浸焊料试验条件 5表4焊槽中杂质最大含量 ⅢGB/T4937.21—2018/IEC60749-2——第11部分：快速温度变化双液槽法；GB/T4937.21—2018/IEC60749-21:2011——第37部分：采用加速度计的板级跌落试验方法；——第38部分：半导体存储器件的软错误试验方法；——第39部分：半导体元器件原材料的潮气扩散率和水溶解率测量；——第40部分：采用张力仪的板级跌落试验方法；——第41部分：非易失性存储器件的可靠性试验方法；——第42部分：温度和湿度贮存；——第43部分：集成电路(IC)可靠性鉴定方案指南；——第44部分：半导体器件的中子束辐照单粒子效应试验方法。本部分为GB/T4937的第21部分。本部分按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。本部分使用翻译法等同采用IEC60749-21:2011《半导体器件机械和气候试验方法第21部分：请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本部分由中华人民共和国工业和信息化部提出。本部分由全国半导体器件标准化技术委员会(SAC/TC78)归口。1GB/T4937.21—2018/IEC60749-21:2011第21部分：可焊性GB/T4937的本部分规定了采用铅锡焊料或无铅焊料进行焊接的元器件封装引出端的可焊性试注2:本试验方法未对焊接过程中可能产生的热应力影响进行评估。参见IEC60749-15或IEC60749-20。IEC61190-1-2:2007电子组件用连接材料第1-2部分：电子组件高质量互连用焊料的要求(At-tachmentmaterialsforelectronicassembly—Part1-2:Requirementsforsolderingpastesforhigh-qual-ityinterconnectsinelectronicsassembly)electronicgradesolderalloysandfluxedandnon-fluxedsolidsoltions)应采用可提供放大倍数为10倍～20倍的光学显微镜。2GB/T4937.21—2018/IEC60749-21:2011置。样品放置应选择适宜的支撑方式，支撑样品的支架应采用无杂质污染的材料。2007中表2的助焊剂类型和指定符号),应包括质量分数为(25±5)%的松香、(0.15±0.01)%的二乙胺盐酸盐和(74.85±0.5)%的2-丙醇(异丙醇)。在(25±2)℃时，标准活性松香助焊剂的相对密度应为0.843±0.005。3)软化点(环球法):70℃(最小值);b)2-丙醇(异丙醇):1)纯度：按质量比至少为99.5%的2-丙醇(异丙醇);2)酸度(以乙酸计):按质量比最大为0.002%(二氧化碳除外);除有关文件另有规定外，铅锡焊料的要求如下：1)锡：59%～61%;2)锑：最大值0.5%;3)铜：最大值0.1%;4)砷：最大值0.05%;5)铁：最大值0.02%;b)熔化温度范围：锡含量为60%的焊料熔化温度如下：除有关文件另有规定外，无铅焊料的各种成分的质量分数如下：3GB/T4937.21—2018/IEC60749-21:2011a)锡：95%～96.5%;b)银：3%～4%;c)铜：0.5%～1%。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胶注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3.7.4.2无铅焊膏焊锡粉尺寸应符合IEC61190-1-2:2007中表2中4的规定，即：——大于38μm的颗粒小于1%;——20μm～38μm之间的颗粒至少占90%;焊锡粉的形状应是球形的。使用的助焊剂应由质量分数为30%的聚合松香(软化点温度大约95℃)、30%的二元酸变性松香(软化点温度大约140℃)、34.7%的二乙二醇单丁醚、0.9%的1,3-二苯胍-HBr、0.5%的乙二酸(氯含量质量分数小于0.1%)和4%的硬化蓖麻油组成。使用的焊膏应由质量分数为88%的焊锡粉末和12%的助焊剂组成。黏稠度范围应为(180±4GB/T4937.21—2018/IEC60749-21:2011对流再流炉(首选的)或红外再流炉应能够达到所使用的焊膏的再流温度曲线图。清洗引线和引出端助焊剂的清洗溶剂应能去除可见的助焊剂残渣，并符合当地环保要求。4程序通常，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条件。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估。向后兼容性试验不适用于无铅的BGA封装。水汽老化预处理条件见表1。表1水汽老化条件条件暴露时间hAB4±0.5C8±0.5D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。样品应悬空放置，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规定要求。元器件引线平面上的水汽温度应符合表2的要求。5GB/T4937.21—2018/IEC60749-21:2011海拔高度m水汽温度℃0～60093±3601～125091±31251～185089+3>185087±;增加清洁频率。清洁时应采用无污染的溶剂。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，在试验前需将其存贮在一个干燥的广口瓶或干氮箱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。焊料类型焊料温度℃停留时间sA(铅锡，只限表面安装器件)铅锡焊料215±55±0.5B(铅锡，表面安装器件和通孔器件)铅锡焊料235±55±0.5C(无铅，表面安装器件和通孔器件)无铅焊料245±55±0.5D(无铅，向后兼容性)铅锡焊料215±55±0.56GB/T4937.21—2018/IEC60749-21:2011试验程序包括以下步骤：——检查和评价引出端的试验部位。使股线松股。除有关文件另有规定外，样品应按照4.2的规定进行老化。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，将引出端浸入助焊剂中(使用机械式浸焊工具),浸入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。试验表面应浸入助焊剂中保持5s～10s,并且在浸入焊槽前在空气中干燥5s～20s。助焊剂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。其他边的注2:对于大热容量的器件和镀金引出端，浸焊前允许预热。需在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):20°~45°。试验前应将助焊剂的渣滓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7GB/T4937.21—2018/IEC60749-21:2011保持在某一规定的温度。在引出端浸入焊料之前，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入熔融焊料中一次，浸入深度与4.3.3.4.1规定的深度一致。除有关文件另有规定外，浸入和提出速率应为(25±5)mm/s,在焊槽中的停留时间应为(10.0±0.5)s或(5.0±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。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。第一次浸入是为了净化引出端上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杂质质量分数极限值/%铅锡焊料无铅焊料铜按规定金镉锌铝锑铁砷铋银按规定镍铅按规定注1:对铅锡焊料，焊槽中杂质总含量保持在1%以内，铜/金杂质的检测频率与锡含量的检测频率相同。该表中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8GB/T4937.21—2018/IEC60749-21:2011在10倍～20倍显微镜下对所有元器件进行检查。每个引出端的被检表面应有至少95%以上的区域被焊料覆盖。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。不同封装器件的被检区域示例见图1～图4,定义如下：(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J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。c)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。9GB/T4937.21—2018/IEC60749-21:2011底座面B(2×)A(底面)注：被检区域=A表面(引线下表面)到1×T处和B表面。图2J形引线封装被检区域GB/T4937.21—2018/IEC6074CCCA注：被检区域=A表面(到2×T处)和B表面。(底面)注：被检区域=A表T或0.5mm中的较小值。GB/T4937.21—2018/IEC60749-21:2011注1:被检区域=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。图4小外形集成电路封装(SOIC)和四边引线扁平封装(QFP)被检区域(表面安装器件)4.4模拟板级安装SMDs再流可焊性试验程序作为4.3浸入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。浸入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。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。再流温度曲线参数(见图5平顶峰形)规定如下：GB/T4937.21—2018/IEC60749-21:2011a)T₁:最低预热温度；b)T₂:最高预热温度；c)T₃