ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

ГОСТР

55492-

2013/

IEC/PAS 62137-3:2008

ТЕХНОЛОГИЯ СБОРКИ ИЗДЕЛИЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

Часть 3

Руководство по выбору методов экологических и ресурсных испытаний для паяных соединений

IEC/PAS 62137-3:2008 Electronics assembly technology — Part 3: Selection guidance of environmental and endurance test methods for solder joints (IDT)

Издание официальное

Предисловие

1    ПОДГОТОВЛЕН Закрытым акционерным обществом «Авангард-ТехСт» (ЗАО «Авангард-ТехСт») и ОАО «Авангард» на основе выполненного российской комиссией экспертов МЭК/ТК 91 аутентичного перевода на русский язык международного документа, указанного в пункте 4

2    ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 420 «Базовые несущие конструкции, печатные платы, сборка и монтаж электронных модулей», подкомитетом ПК 3 «Технология сборки и монтажа радиоэлектронных модулей»

3    УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 28 июня 2013 г. № 375-ст

4    Настоящий стандарт идентичен международному документу IEC/PAS 62137-3:2008 «Технология сборки изделий электроники. Часть 3. Руководство по выбору методов экологических и ресурсных испытаний для паяных соединений» (IEC/PAS 62137- 3:2008 «Electronics assembly technology — Part 3: Selection guidance of environmental and endurance test methods for solder joints»).

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты Российской Федерации и межгосударственные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

5    ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в ГОСТ Р 1.0-2012 (раздел 8). Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе «Национальные стандарты», а официальный текст изменений и поправок — в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (gost.ru).

© Стандартинформ, 2014

Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

ГОСТ Р 55492-2013/IEC/PAS 62137-3:2008

5.2 Выбор методов испытаний, основанных на формах и типах выводов электронных компонентов

5.2.1 Поверхностно монтируемые компоненты

Рекомендованные методы испытаний, пригодные для электронных компонентов различных форм корпусов и типов выводов, приведены в таблице 2.

Таблица 2 — Рекомендованные методы испытаний, пригодные для поверхностно монтируемых электронных компонентов различных форм корпусов и типов выводов

Типы выводов компонента Применение ускоренной подготовки к испытаниям Циклический изгиб Циклическое падение Усталость при механическом сдвиге Выводы Количество выводов Примеры со л о. 1- О Прочность при сдвиге Прочность при крутящем моменте Обрыв Монотонный изгиб Основные электронные компоненты Выводы на двух сторонах (гнутые) ♦ 2 Танталовый конденсатор, индуктивность А, В С Выводы на трех сторонах 2 Чип-резистор, пленочный конденсатор — А, В — — — — С — Выводы на пяти сторонах, включая крышку 2 Монолитный конденсатор, термистор, предохранитель, индуктивность А, В С Многовыводные компоненты (выводы по сторонам) <ф> 4 или более Резисторные и конденсаторные сборки А, В С с «Крыло чайки» — 1 4 или более Трансформатор А, В С с с «Крыло чайки» — 2 До 6 Переключатель В А, В с «Крыло чайки» — 3 ф 4 или более Разъем А, В А, В С с Выводы на основании компонента ф 2 Катушка индуктивности, танталовый конденсатор А, В В с Круглые выводы, включая колпачок ф 2 MELF конденсатор/резис- тор/предохранитель — А, В В — — — с —

ГОСТ Р 55492-2013/IEC/PAS 62137-3:2008

Окончание таблицы 2

5.2.2 Компоненты с выводами, монтируемыми в отверстия

Испытание прочности на отрыв является основным для компонентов с выводами, монтируемыми в отверстия. Для изделий большого размера также может быть использовано испытание на сопротивление ползучести, при предположении о возможности приложения механического воздействия со стороны конструктивной структуры изделия.

Выбор вида испытаний должен быть отражен в технических условиях на изделие, монтируемое только на одной стороне подложки. Во многих случаях прочность выводов компонентов, монтируемых в отверстия, может быть хуже в сравнении с прочностью паяных соединений. Настоящие виды испытаний не являются подходящими для оборудования, в котором используется данный вид подложек.

Рекомендованные с учетом массы методы испытаний для изделий с выводами, монтируемыми в отверстия, тип платы и способ приложения нагрузки представлены в таблице 3.

Таблица 3 — Рекомендованные для применения способы испытаний и масса изделий с выводами, монтируемыми в отверстия

Тип подложки Применение, тип изделия Испытание Оценка Применение Масса изделия Испытание на прочность при отрыве Испытание на сопротивление ползучести Явление подъема галтели припоя Проверка на обрыв Односторонняя, с монтажом в отверстия ТН Без постоянной нагрузки Легкое в — — — Тяжелое с в — — С постоянной нагрузкой Легкое в — — — Тяжелое с с — — Двусторонняя, с монтажом в отвер-стия ТН В основном для компонента с выводом для монтажа в отверстие — — в С Компонент с выводом, монтируемым в отверстие, для которого применима последовательно измеряемая цепь — — в В

9

6 Общие положения для методов испытаний

6.1 Монтаж прибора и используемые материалы

а) Припой

На практике для пайки в качестве припоя используется большой ассортимент бессвинцовых сплавов. Если в спецификации на продукт не указано иное, бессвинцовый сплав для припоя должен выбираться из таблицы 4, где дается его тип.

Таблица 4 — Состав припоев

Тип припоя Сплав (краткое обозначение) Sn-Ag-Cu Sn96,5Ag3Cu,5(A30C5) — Sn-Zn Sn91Zn9(Z90) Sn89Zn8Bi3(Z80B30) Sn-Bi Bi58Sn42(B580) — Sn-ln Sn88ln8Ag3,5Bi,5(N80A35B5) — Sn-Cu Sn99,3Cu,7(C7) —

b)    Тестовая подложка

Тестовой подложкой служит приведенный в стандарте МЭК 61249-2-7 ламинированный материал на основе стеклоткани и эпоксидных смол, покрытый медью. Материал подложки с наименьшей подверженностью термическому разложению, механической деформации и разрушению следует выбирать в случае использования материала, отличающегося от указанного выше.

Твердые, трудно деформируемые материалы, такие как керамика, не следует использовать в качестве тестовой подложки при проведении испытаний на прочность при монотонном и циклическом изгибе и при испытании на циклическое падение.

Прочие условия указаны в описании соответствующих методов испытаний.

c)    Монтаж изделий на тестовую подложку

Ниже перечислены требования к монтажу изделий на тестовую подложку.

При проведении испытаний для поверхностно монтируемых изделий последние монтируются на подложке с односторонней металлизацией или на одной стороне подложки с двухсторонней металлизацией.

При проведении испытаний для изделий с выводами, монтируемыми в отверстия, последние монтируются на одной стороне подложки. Испытания для изделий с выводами, монтируемыми в отверстия и установленными на обеих сторонах подложки, не проводятся, поскольку в данном случае прочность паяного соединения намного выше прочности выводов изделия.

Для пайки поверхностно монтируемых компонентов должен применяться метод пайки оплавлением; для изделий с выводами, монтируемыми в отверстия, должен применяться метод пайки волной

Размеры в миллиметрах

i i i i r 1 1 1 — 1 i Прибор i 1 ■ 1 1 1 1 i ■ i i i | 1 90 (ширина) 130

Пояснение — Толщина тестовой подложки 1,6 мм

припоя.

d) Расположение компонентов на тестовой подложке и контактные площадки

Рисунок 3 — Пример монтажа поверхностно монтируемого прибора для проведения испытаний на устойчивость при монотонном и циклическом изгибах

Поверхностно монтируемые компоненты, подлежащие испытаниям на прочность при монотонном изгибе, циклическим испытаниям на прочность при изгибе и испытаниям на циклическое падение, должны быть смонтированы в центре тестовой подложки, как это показано на рисунке 3. По согласованию между производителем и потребителем расположение испытуемого прибора для проведения иных испытаний может быть определено в другом месте тестовой подложки. Если иное не указано в стандарте на изделие, должны использоваться контактные площадки, удовлетворяющие требованиям стандарта МЭК 61188-5.

ГОСТ Р 55492-2013/IEC/PAS 62137-3:2008

Таблица 5 — Диаметры сквозных отверстий и контактных площадок в отношении к номинальному поперечному сечению и номинальному диаметру проволочного вывода

Номинальная область поперечного сечения (S), мм2 Номинальный диаметр (d) круглого в сечении вывода, мм Диаметр сквозного отверстия, мм Диаметр контактной площадки, мм S < 0,1 0 d <0,35 0,8 1,4 0,10 < S < 0,28 0,35 < d <0,60 1,0 1,6 0,28 < S <0,50 0,60 <d <0,80 1,2 1,8 0,50 <S <0,79 0,80 <d <1,00 1,4 2,0 0,79 < S < 1,20 1,00 ,60 <d <1,25 1,6 2,2

6.2 Условия пайки

6.2.1    Общие положения

Для формирования галтели припоя надлежащего качества требуется правильный выбор условий пайки. Примеры температурного профиля для пайки оплавлением и волной припоя показаны в 6.2.2 и 6.2.3 соответственно.

6.2.2    Пайка оплавлением припоя

Температурные профили при пайке оплавлением припоя, используемые при практической реализации процесса сборки, всегда должны быть оптимизированы с учетом размеров монтируемых пайкой компонентов, размеров подложки и т. д. Температурный профиль для припоя Sn96,5Ag3Cu,5 должен соответствовать рекомендациям, данным в стандарте МЭК 61760-1, как показано на рисунке 4. Примеры температурного профиля для других припоев показаны на рисунке 5.

Температура, °С

Пояснения Сплошная линия: типовой процесс (температура на концевых выводах). Пунктирная линия: ограничения технологического процесса; ограничение снизу (температура на концевых выводах); ограничение сверху (температура на верхней части прибора).

Рисунок 4 — Пример температурного профиля при пайке оплавлением припоя (Sn96,5Ag3Cu,5)

11

Температура, °С

Символ и описание Состав припоя Sn91Zn9a>, Sn89Zn8Bi3 Bi58Sn42 Sn88ln8Ag3,5Bi,5 Т Минимальная температура предварительного разогрева 130 °С 100 °С 140 °С т2 Максимальная температура предварительного разогрева 150 °С 120 °С 160 °С т3 Температура пайки 200 °С 150 °С 206 °С т4 Пиковая температура 220 °С ± 5 °С 190 °С± 5 °С 220 °С ± 5 °С fi Время предварительного разогрева 90 с ± 30 с 90 с ± 30 с 90 с ± 30 с f2 Время пайки От 20 до 60 с От 20 до 60 с От 20 до 60 с

а) Пайку рекомендуется проводить в атмосфере инертного газа, такого как N2.

Рисунок 5 — Примеры температурного профиля при пайке оплавлением припоя

иного, чем Sn96,5Ag3Cu,5

Детальные описания прочих условий отражены в соответствующих методиках испытаний.

6.2.3 Пайка волной припоя

Температурные профили при пайке волной припоя, используемые при практической реализации процесса сборки, всегда должны быть оптимизированы с учетом размеров монтируемых пайкой компонентов, размеров подложки и т. д. Температурный профиль для припоя Sn96,5Ag3Cu,5 должен соответствовать показанному на рисунке 6 и на рисунке 7.

Детальные описания прочих условий отражены в соответствующих методиках испытаний.

12

ГОСТ Р 55492-2013/IEC/PAS 62137-3:2008

Температура, °С

Пояснения

Сплошная линия: типовой процесс (температура на концевых выводах).

Пунктирная линия: ограничения технологического процесса; ограничение снизу (температура на концевых выводах); ограничение сверху (температура на верхней части прибора).

Рисунок 6 — Пример температурного профиля при пайке волной припоя (Sn96,5Ag3Cu,5) Температура, °С

Состав припоя Подогрев Пайка Температура подогрева TQ Время подогрева t0 Максимальная температура 7р Время пайки t Sn99,3Cu,7(C7) От 100 °С до 120 °С От 30 с до 90 с 250 °С ± 5 °С От 3 с до 5 с

Рисунок 7 — Пример температурного профиля при пайке волной припоя

13

6.3 Ускоренная подготовка к испытанию

6.3.1 Быстрое изменение температуры (в настоящем стандарте применяется для всех типов припоев)

Испытание N (быстрое изменение температуры с заданным временем перехода), описанное в стандарте МЭК 60068-2-14, должно быть выполнено при проведении испытаний на прочность при отрыве, на прочность при сдвиге, на прочность при приложении крутящего момента и при испытаниях на монотонный изгиб для поверхностно монтируемых компонентов и при проведении испытаний на прочность при отрыве для компонентов с выводами, монтируемыми в отверстия. Температурные условия должны быть выбраны с учетом влияния характеристик изменения температуры паяного соединения, ослабляющих соединение, когда оно испытывает воздействие. Температурные характеристики зависят от размера испытуемого образца (теплоемкость и тепловыделение образца), размеров тестовой подложки или от количества одновременно испытываемых тестовых подложек (См. приложение А).

Рекомендуемые температурные условия представлены в таблице 6.

Если не указано другое, количество циклов составляет от 500 до 1000, за исключением измерения сопротивления.

Таблица 6 — Температурные условия для случая быстрого изменения температуры

Условия Состав сплава для припоя Sn96, 5Ag3Cu,5 Sn91Zn9, Sn89Zn8Bi3 Bi58Sn42 Sn88ln8Ag3,5Bi,5 Минимальная тем-пература хранения Температура -40 °С -40 °С -40 °С -40 °С Время выдержки 30 мин 30 мин 30 мин 30 мин Максимальная тем-пература хранения Температура 125 °С 125 °С О ю 00 125 °С Время выдержки 30 мин 30 мин 30 мин 30 мин

6.3.2    Сухой нагрев (применяется только к припою состава Bi58Sn42)

Сухой нагрев, как описано в стандарте МЭК 60068-2-2, должен быть выполнен при проведении испытаний на прочность при отрыве, на прочность при сдвиге, на прочность при приложении крутящего момента и при испытаниях на монотонный изгиб для поверхностно монтируемых компонентов и при проведении испытаний на прочность при отрыве для компонентов с выводами, монтируемыми в отверстия, на следующих условиях.

a)    Температура: 85 °С.

b)    Продолжительность: 500 ч и 1000 ч.

6.3.3    Влажный нагрев (установившийся режим) (применяется только к припоям состава Sn91Zn9 и Sn89Zn8Bi3)

Испытание в камере (влажный нагрев, установившийся режим), описанное в стандарте МЭК 60068-2-78, должно быть выполнено при проведении испытаний на прочность при отрыве, на прочность при сдвиге, на прочность при приложении крутящего момента и при испытаниях на монотонный изгиб для поверхностно монтируемых компонентов и при проведении испытаний на прочность при отрыве для компонентов с выводами, монтируемыми в отверстия, на следующих условиях.

a)    Температура и влажность: 65 °С, 85 %.

b)    Продолжительность: 500 ч и 1000 ч.

6.4 Выбор условий испытания и оценка результатов испытания

а) Скорость приложения нагрузки

Методы испытаний и условия оценки стойкости паяных соединений должны быть организованы таким образом, чтобы избежать разрушения собственно испытуемого образца, сосредоточив разрушающее воздействие исключительно на паяном соединении. Существует тенденция к увеличению разрушения тестовой подложки и/или образца при проведении испытаний на прочность при отрыве, сдвиге, отрыве с приложением крутящего момента и монотонном изгибе для поверхностно монтируемых приборов и для испытаний на прочность при отрыве для приборов с выводами, монтируемыми в отверстия, в случаях, когда скорость приложения воздействующей силы очень высока. Рекомендуется выбирать более медленные скорости приложения нагрузки, при которых разрушение паяного соедине-

ГОСТ Р 55492-2013/IEC/PAS 62137-3:2008

ния происходит в период от нескольких десятков секунд до нескольких минут, основываясь на проведении предварительных испытаний образца.

b)    Крепление тестовой подложки

На результат испытания могут влиять происходящие во время испытания смещения тестовой подложки относительно основания или ее искривления. Тестовая подложка должна быть надежно закреплена на основании, желательно в месте, близком к испытываемому паяному соединению.

Структура и/или размер крепежного приспособления, применяемого для фиксации тестовой подложки, или поддерживающего тестовую подложку приспособления должны быть точно описаны для каждого метода испытания для поддержания воспроизводимости условий испытания.

c)    Результат испытания

Результат испытания должен быть проанализирован не только подтверждением и записями силы и времени приложенного разрушающего паяное соединение воздействия, но и способа, каким данное разрушение произошло.

7 Метод оценки испытания

7.1    Испытание на прочность паяного соединения поверхностно монтируемых

компонентов

7.1.1    Общие положения

Испытания на прочность при отрыве, на прочность при сдвиге, на прочность при приложении крутящего момента и на монотонный изгиб как до, так и после ускоренной подготовки к испытанию используются для оценки степени деградации прочности и других характеристик паяного соединения.

7.1.2    Испытание прочности на отрыв

Испытание прочности при отрыве применяется для поверхностно монтируемых компонентов с выводами типа «Крыло чайки». Как показано на рисунке 8, для приложения усилия отрыва и для измерения силы при отрыве приспособление, создающее усилие на отрыв, цепляется крючком к одному из выводов под углом 45°.

Деградация соединения анализируется сравнением максимальной приложенной на отрыв силы и типа разрушения до и после ускоренной подготовки компонента к испытанию. Данный вид испытаний применим для соединений, полученных как пайкой оплавлением, так и методом пайки волной припоя.

Наиболее подходящая скорость подъема прямоугольного плоского корпуса (QFP) с выводами с шагом 0,5 мм при данном виде испытания составляет 0,0083 мм/с (0,5 мм/мин).

Детальное описание процедуры испытания представлено в стандарте МЭК 62137-1-1.

Рисунок 8 — Испытание прочности на отрыв

15

7.1.3 Испытание прочности на сдвиг

Испытание прочности на сдвиг применяется для поверхностно монтируемых компонентов небольших размеров. Как показано на рисунке 9, максимальное значение силы, приложенной на сдвиг, измеряется, когда она приложена параллельно поверхности подложки и перпендикулярно испытуемому образу. При пайке компонента к тестовой подложке применяется метод оплавления припоя.

Высота компонента: Н

Высота линии сдвига: < Н/4

Рисунок 9 — Испытание прочности на сдвиг

Для получения точных измерений при испытании, усилие на сдвиг необходимо прикладывать на постоянно поддерживаемой высоте, составляющей не менее V₄ от высоты испытываемого компонента, и не касаясь монтажного поля. Наиболее подходящая скорость приложения силы составляет от 0,0083 мм/с до 0,15 мм/с (от 0,5 мм/мин до 9 мм/мин).

Детальное описание процедуры испытания представлено в стандарте МЭК 62137-1-2.

7.1.4 Испытание прочности при приложении крутящего момента

Испытание прочности при приложении крутящего момента является методом, альтернативным испытанию прочности на сдвиг, и применяется к компонентам, для которых испытание прочности на сдвиг не может быть легко применено вследствие их форм. Данный вид испытания наиболее часто применяется для компонента больших размеров. Приспособление в виде патрона, имеющего внутреннюю полость, удерживает компонент, как это показано на рисунке 10, и передает приложенный к нему крутящий момент на компонент, вызывая его разворот. Максимальный крутящий момент, приводящий к сдвигу компонента, измеряется, когда вращающий момент приложен строго параллельно тестовой

Рисунок 10 — Испытание на прочность при приложении крутящего момента

ГОСТ Р 55492-2013/IEC/PAS 62137-3:2008

Содержание

1    Область применения............................................1

2    Нормативные ссылки...........................................1

3    Термины и определения..........................................2

4    Общие положения.............................................3

5    Порядок выбора применимого метода испытаний............................5

5.1    Воздействующие факторы на паяные соединения в реальных условиях и при проведении

испытаний...............................................5

5.2    Выбор методов испытаний, основанных на формах и типах выводов электронных компонентов 7

5.2.1    Поверхностно монтируемые компоненты...........................7

5.2.2    Компоненты с выводами, монтируемыми в отверстия...................9

6    Общие положения для методов испытаний...............................10

6.1    Монтаж прибора и используемые материалы...........................10

6.2    Условия пайки............................................11

6.2.1    Общие положения......................................11

6.2.2    Пайка оплавлением припоя.................................11

6.2.3    Пайка волной припоя.....................................12

6.3    Ускоренная подготовка к испытанию................................14

6.3.1    Быстрое изменение температуры (в настоящем стандарте применяется для всех типов

припоев)............................................14

6.3.2    Сухой нагрев (применяется только к припою состава Bi58Sn42).............14

6.3.3    Влажный нагрев (установившийся режим) (применяется к припоям состава Sn91Zn9

и Sn89Zn8Bi3).........................................14

6.4    Выбор условий испытания и оценка результатов испытания...................14

7    Метод оценки испытания.........................................15

7.1    Испытание на прочность паяного соединения поверхностно монтируемых компонентов ... 15

7.1.1    Общие положения......................................15

7.1.2    Испытание прочности на отрыв...............................15

7.1.3    Испытание прочности на сдвиг................................16

7.1.4    Испытание прочности при приложении крутящего момента................16

7.1.5    Испытание прочности при монотонном изгибе.......................17

7.2    Циклическое испытание на изгиб..................................17

7.3    Испытание на усталость при механическом сдвиге........................19

7.4    Циклическое испытание на падение и циклическое испытание на прочность при ударе

стальным шариком.........................................20

7.4.1    Циклическое испытание на падение.............................20

7.4.2    Циклическое испытание на прочность при ударе стальным шариком..........21

7.5    Испытание на прочность паяных соединений для компонентов с выводами, монтируемыми

в отверстия..............................................21

7.5.1    Испытание прочности на отрыв для компонентов с выводами, монтируемыми

в отверстия.............................................21

7.5.2    Испытание на сопротивление ползучести для компонентов с выводами, монтируемыми

в отверстия..........................................22

Приложение А    (справочное) Условие быстрого изменения температуры...............23

Приложение В    (справочное)    Испытание паяного соединения на электрический обрыв.......25

Приложение С    (справочное)    Испытания на прочность при приложении крутящего момента .... 26

Приложение D    (справочное)    Испытание на прочность при монотонном изгибе............29

Приложение Е    (справочное)    Циклическое испытание на удар стальным шариком..........31

Приложение F    (справочное)    Испытание прочности на отрыв.....................33

Приложение G    (справочное)    Испытание на сопротивление ползучести................34

Приложение Н    (справочное)    Метод оценки явления подъема галтели припоя для паяного

соединения компонента, монтируемого в отверстия..................36

Приложение ДА (справочное) Сведения о соответствии ссылочных международных стандартов ссылочным национальным стандартам Российской Федерации и действующим

в этом качестве межгосударственным стандартам..................38

Библиография................................................39

ГОСТ Р 55492-2013/IEC/PAS 62137-3:2008

Для получения точных измерений глубина внутренней выборки в патроне приспособления должна быть равна высоте испытуемого компонента. Центр оси вращения приспособления должен соответствовать геометрическому центру корпуса испытуемого компонента; взаимного колебания этих осей следует избегать. Наиболее подходящая скорость вращения патрона приспособления при возможности ее регулировки составляет от 0,00698 рад/с до 0,017 рад/с.

Детальное описание процедуры испытания представлено в приложении С.

7.1.5 Испытание прочности при монотонном изгибе

Испытание прочности при монотонном изгибе применяется чаще для компонентов больших размеров. Как показано на рисунке 11, тестовая подложка с установленным на ней поверхностно монтируемым компонентом укладывается на поддерживающее приспособление лицевой стороной вниз. При этом тестовая подложка прогибается с помощью изгибающего приспособления, прикладываемого к обратной ее стороне до момента разрушения паяного соединения, а глубина изгиба в момент разрушения измеряется. Для определения степени деградации паяных соединений данный вид испытания должен проводиться до и после процедуры ускоренной подготовки компонента к испытанию.

Рисунок 11 — Монотонное испытание на прочность при изгибе

Желательно, чтобы тестовая подложка была изогнута в виде дуги. Данный вид испытания не применяется для плат малой толщины и керамических подложек. Предпочтительно измерять глубину изгиба подложки, используя электрические измерения, обнаруживающие обрыв цепи, такие как последовательно-приоритетная цепочка, описанная в приложении В. Т. е. использовать для этих целей прибор, измеряющий электрическое сопротивление (см. D.2.3). Расстояние между опорами поддерживающего подложку приспособления должно быть 90 мм с радиусом закругления опор R 2,5 мм. Радиус закругления изгибающего элемента должен быть 5 мм.

Условие проведения испытания должно выбираться таким образом, чтобы зависимость между деформирующим тестовую подложку воздействием и глубиной прогиба приобретала линейный характер. Желательно провести предварительный тест для проверки зависимости глубины прогиба и прикладываемым деформирующим воздействием, а также ограничить глубину при предварительно определенной скорости изгиба, используя измеритель деформации, установленный рядом с точкой паяного соединения испытываемого компонента.

Наиболее подходящая для данного испытания скорость изгиба фольгированной медью подложки на основе стекловолокна и эпоксидной смолы при толщине 1,6 мм составляет 0,0083 мм/с (0,5 мм/мин). Максимальное ограничение глубины прогиба — 10 мм.

Детальное описание процедуры испытания представлено в приложении D.

7.2 Циклическое испытание на изгиб

Циклическое испытание на изгиб чаще применяется для безвыводных поверхностно монтируемых компонентов больших размеров, используемых в портативных устройствах. Как показано на рисунке 12, тестовая подложка с установленным на ней поверхностно монтируемым компонентом укладывается на поддерживающее приспособление лицевой стороной вниз, как и при монотонном испытании на прочность при изгибе. Тестовая подложка периодически прогибается с использованием изгибающего элемента, прикладываемого с обратной ее стороны, на заранее определенную глубину, до наступления момента разрушения паяного соединения. Разрушение паяного соединения определяется с использованием электрических измерений, обнаруживающих обрыв цепи, таких как последовательно-приоритетная цепочка, описанная в приложении В, т. е. использовать для этих целей прибор,

17

Введение

Международный стандарт МЭК (IEC) 62137-3 был подготовлен в комитете МЭК ТК 91: «Технология сборки электроники».

Данная редакция прекращает действие и заменяет документ IEC/PAS 62137-3, опубликованный в 2008 году, и включает некоторые редакторские правки. Основные изменения, имеющие отношение к настоящему стандарту, включают следующее:

-    отсутствие технических изменений;

-    некоторые редакторские изменения и корректировки;

-    некоторые существенные изменения, реализованные для удобства.

Перечень всех частей стандарта IEC 62137 может быть найден на web-сайте Международной электротехнической комиссии под общим заголовком «Технология сборки изделий электроники».

IV

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ТЕХНОЛОГИЯ СБОРКИ ИЗДЕЛИЙ ЭЛЕКТРОНИКИ Часть 3

Руководство по выбору методов экологических и ресурсных испытаний

для паяных соединений

Electronics assembly technology. Part 3. Selection guidance of environmental and endurance test methods

for solder joints

Дата введения — 2013—12—01

1    Область применения¹)

Настоящий стандарт устанавливает методологию выбора наиболее подходящего метода испытаний на надежность паяных соединений различных форм и типов для электронных компонентов, монтируемых по технологии поверхностного монтажа (SMD), компонентов с матричными выводами и других, а также компонентов с выводами, монтируемыми в отверстия с использованием припоя из сплавов различного состава.

2    Нормативные ссылки

Следующие нормативные документы являются обязательными для применения настоящего стандарта. При датированных ссылках применимы только упомянутые публикации. При недатированных ссылках используется последний нормативный документ (включая любые дополнения).

МЭК 60194 Платы печатные. Конструкция, изготовление и сборка. Термины и определения (Printed board design, manufacture and assembly — Terms and definitions)

МЭК 61188-5 (все части) Платы печатные и сборки печатных плат. Проектирование и применение (Printed boards and printed board assemblies — Design and use)

МЭК 61249-2-7 Материалы для печатных плат и других соединительных структур. Часть 2-7. Армированные материалы основания с плакировкой и без плакировки. Эпоксидный слоистый пластик со стеклотканью Е, с определенной воспламеняемостью (вертикальное испытание на горение), плакированный медью (Materials for printed boards and other interconnecting structures — Part 2-1: Reinforced base materials clad and unclad — Epoxide woven E-glass laminated sheet of defined flammability (vertical burning test), copper-clad

МЭК 62137-1-1:2007 Технология поверхностного монтажа. Методы испытания паяных соединений поверхностного монтажа на долговечность и воздействие окружающей среды. Часть 1-1. Испытание прочности на отрыв (Surface mounting technology— Environmental and endurance test methods for surface mount solder joint— Part 1-1: Pull strength test)

МЭК 62137-1-2:2007 Технология поверхностного монтажа. Методы испытания паяных соединений поверхностного монтажа на долговечность и воздействие окружающей среды. Часть 1-2. Испытание прочности на сдвиг (Surface mounting technology— Environmental and endurance test methods for surface mount solder joint — Part 1-2: Shear strength test)

О Внесено редакционное изменение текста по отношению к тексту применяемого стандарта МЭК для приведения в соответствие с терминологией, принятой в Российской Федерации.

Издание официальное

МЭК 62137-1-3:2008 Технология поверхностного монтажа. Методы испытания паяных соединений поверхностного монтажа на долговечность и воздействие окружающей среды. Часть 1-3. Испытание на циклическое падение (Surface mounting technology— Environmental and endurance test methods for surface mount solder joint — Part 1-3: Cyclic drop test)

МЭК 62137-1-4:2009 Технология поверхностного монтажа. Методы испытания паяных соединений поверхностного монтажа на долговечность и воздействие окружающей среды. Часть 1-4. Циклическое испытание на изгиб (Surface mounting technology — Environmental and endurance test methods for surface mount solder joint — Part 1-4: Cyclic bending test)

МЭК 62137-1-5:2009 Технология поверхностного монтажа. Методы испытания паяных соединений поверхностного монтажа на долговечность и воздействие окружающей среды. Часть 1-5. Испытание на усталость при механическом сдвиге (Surface mounting technology—Environmental and endurance test methods for surface mount solder joints — Part 1-5: Mechanical shear fatigue test)

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по МЭК 60194, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1    прочность на отрыв поверхностно монтируемого компонента (pull strength for SMD): Максимальная сила, необходимая для разрушения соединения вывода и подложки, когда вывод в виде «крыльев чайки» поверхностно монтируемого компонента отрывается с использованием специального инструмента под углом 45° к поверхности подложки.

[IEC 62137-1-1:2007, измененный]

3.2    прочность при сдвиге для поверхностно монтируемого компонента (shear strength for SMD): Максимальная сила, приложенная параллельно к поверхности подложки и перпендикулярно к боковой поверхности образца, необходимая для разрушения соединения поверхностно монтируемого компонента, смонтированного на подложке.

[IEC 62137-1-1:2007, измененный]

3.3    прочность при сдвиге с приложением крутящего момента для поверхностно монтируемого компонента (torque shear strength for SMD): Максимальный крутящий момент, прикладываемый к поверхностно монтируемому компоненту параллельно к поверхности подложки, необходимый для разрушения паяного соединения между концевыми выводами/выводами поверхностно монтируемого компонента и подложкой.

3.4    прочность при монотонном изгибе, прикладываемом к поверхностно монтируемому компоненту (monotonic bending strength for SMD): Прочность паяных соединений поверхностно монтируемого компонента, смонтированного на подложке, при условии, что подложка выгнута по направлению к смонтированному компоненту, выражена максимальной глубиной прогиба, при которой разрушается соединение.

3.5    циклическая прочность на изгиб для поверхностно монтируемого компонента (cyclic bending strength for SMD): Интенсивность силы, которая выражена в числе циклов, необходимых для перелома соединения между концевыми выводами/выводами смонтированного на подложке поверхностно монтируемого компонента и медной контактной площадки подложки после циклического изгиба подложки на специфицированный угол, позволяющий лицевой стороне подложки принимать выпуклую форму.

[IEC 62137-1-4:2009, измененный]

3.6    сопротивление механическому сдвигу при усталости для поверхностно монтируемого компонента (mechanical shear fatigue strength for SMD): Приложение циклической деформации сдвига к паяным соединениям путем механических перемещений взамен относительных перемещений, вызванных разностью ТКЛР (температурных коэффициентов линейного расширения), происходящих при испытаниях циклическим изменением температуры

Примечание — Испытание на усталость при механическом сдвиге продолжается до момента, когда максимальная прилагаемая сила уменьшится до установленной величины, что соответствует появлению начальной трещины, или до момента, когда измеряющим электрическое сопротивление прибором будет зарегистрирован

2

ГОСТ Р 55492-2013/IEC/PAS 62137-3:2008

разрыв электрического соединения, причем количество циклических механических сдвигов регистрируется как показатель устойчивости к усталости.

3.7    циклическое испытание на падение для поверхностно монтируемого компонента (cyclic drop test for SMD): Число фиксируемых испытательным приспособлением падений до момента разрушения паяных соединений поверхностно монтируемого компонента с контактными площадками на подложке, при падении подложки с определенной высоты.

3.8    циклическое испытание на прочность при падении стального шарика (cyclic steel ball drop strength for SMD): Число падений стального шарика с заранее определенной высоты на подложку до момента, при котором возникает разрушение паяных соединений поверхностно монтируемого компонента с контактными площадками на подложке.

3.9    прочность на отрыв для компонентов с выводами, монтируемыми в отверстия (pull strength for lead insertion type device): Максимальная приложенная сила, при которой разрушается паяное соединение между компонентом с выводами, монтируемыми в отверстия, и контактной площадкой на подложке, при отрыве вывода с помощью специального приспособления.

3.10    сопротивление ползучести для компонентов с выводами, монтируемыми в отверстия (creep strength for lead insertion type device): Прочность паяного соединения, выраженная временем до наступления момента разрушения паяного соединения при условии приложения постоянной силы к выводу компонента, монтируемого в отверстие, припаянного к контактной площадке.

3.11    явление подъема галтели припоя для компонентов с выводами, монтируемыми в отверстия (fillet lifting phenomenon for lead insertion type device): Явление, в силу которого происходит подъем галтели припоя от контактной площадки на подложке или контактной площадки от подложки (отслоение).

3.12    последовательная цепочка (daisy chain): Вся цепь паяных соединений, подключенных последовательно (см. В.2).

Примечание — Контактные площадки на обеих сторонах подложки и вывод имеют паяный контакт в последовательной цепочке при испытании на подъем галтели.

4 Общие положения

Области соединений, которые должны быть оценены, показаны на рисунке 1. Представленные здесь методы испытаний применимы для оценки стойкости соединений для компонента, смонтированного на подложке, но не для оценки механической прочности самого компонента.

Условия для проведения ускоренной подготовки к испытанию (быстрое изменение температуры и сухой нагрев) могут превысить максимально допустимый для компонента диапазон рабочих температур.

Бессвинцовые припои имеют свойства, отличающиеся от обычно используемых эвтектических и близких к ним сплавов припоев. Надежность бессвинцового паяного соединения может оказаться уменьшенной при применении конкретного припоя, при использовании концевых выводов/выводов особой формы и при обработке поверхности.

Пример фактора, показывающего влияние на надежность соединения с применением припоя Sn96,5Ag3Cu,5, представлен на рисунке 2. Данный припой имеет более высокую температуру плавления, является более твердым, нежели оловянно-свинцовый припой на основе эвтектического сплава, и более стойким к механической деформации в твердом состоянии. Следовательно, механическое напряжение, воздействующее на соединение, становится выше, нежели при использовании припоя на основе эвтектического оловянно-свинцового сплава.

Эти свойства могут вызвать разрыв паяного соединения при ускоренной подготовке к испытанию.

Покрытия выводов поверхностно монтируемых компонентов могут влиять не только на результаты испытаний на падение, но и на другие испытания. Следовательно, при всех испытаниях следует учитывать данный фактор.

3