Страница 2: ГОСТ 28235-89. Основные методы испытаний на воздействие внешних факторов часть 2 испытания. испытание та: пайка. испытание на паяемость методом баланса смачивания (76578)

Испытание может быть применено к таким образцам, как конденсаторы — чипы или печатные платы, имеющие большие не смачиваемые припоем поверх­ности. Однако такие поверхности могут вызвать искажение кривой «сила — вре­мя». Поэтому данный стандарт предназначен для использования метода при испытании выводов компонентов, которые должны смачиваться припоем по всему периметру поперечного сечения.

81. Подготовка образца

При нанесении флюса на образцы и их высушивании используют стандарт­ную методику, чтобы характер кривой не менялся под воздействием таких факторов, как испарение растворителя или стекание флюса во время испы­тания.

81. Характеристики испытательной аппаратуры

    1. 3 а п и с ы в а ю щ е е устройство

       1. Установка на О

Во время испытательного цикла сила, действующая на образец, меняет направление в момент, когда несмачивание сменяется смачиванием. В некото­рых случаях выталкивающая сила может вызвать значительное вертикальное смещение кривой смачивания. Следовательно, чтобы записать всю кривую сма­чивания с наиболее возможной чувствительностью, необходимо пользоваться са­мописцем, ноль которого находится либо в центре ленты, либо смещен до та­кого уровня, при котором вся кривая записывается на ленте.

Время срабатывания должно быть достаточно мало, чтобы записывающее- устройство точно воспроизводило быстрые изменения силы смачивания, кото­рые имеют место, особенно в начале смачивания. Хотя теоретически время сра­батывания должно быть бесконечно мало, практически максимальное время сра­батывания 0,3 с оказалось удовлетворительным. Таким образом, самописец мо­жет быть использован в качестве записывающего устройства.

Для проверки времени срабатывания самописца и стабильности положе­ния 0 используется следующая методика. Для ее осуществления необходимы гирька (масса которой должна быть достаточна, чтобы перо самописца мак­симально отклонялось от нулевой точки) и соответствующей формы держатель.

Методика:

установить держатель; самописец настроить на 0;

привести в движение с максимальной скоростью ленту самописца; поместить гирьку в держатель образца;

через 2 или 3 с снять гирьку, при этом лента продолжает двигаться; через 2 или 3 с вновь поместить гирьку в держатель;

повторить эту операцию по крайней мере 5—6 раз и отключить движение ленты.

Кривая, полученная на ленте, покажет чувствительность самописца для вы­бранных настроек, время, необходимое для срабатывания пера, и постоянство возврата к нулевому положению.

Обеспечение диапазона настроек чувствительности позволяет испытывать об­разцы различных размеров. Это достигается при помощи самописца, имеющего диапазон настроек усилителя. Если настройки усилителя позволяют предста­вить полную шкалу сил значением от 20 до 1 мН (соответствующих присоеди­нительным массам 2 г и 100 мг), можно испытывать образцы периметром от 20 до 1 мм.

Для удовлетворительного распознавания основных точек на кривой «сила — время» минимальная скорость движения ленты должна быть 10 мм/с.

Система уравновешивания измеряет смещение пружинного устройства, вы­зываемое силой, действующей на образец. Такое смещение приводит к измене­нию глубины погружения образца в припой и, следовательно, к изменению вы­талкивающей силы. Необходимо, чтобы пружинная система была достаточно жесткой для того, чтобы ее деформация, а следовательно, и изменение вытал­кивающей силы в процессе испытания были ничтожно малы по сравнению с другими измеряемыми силами.

Уровень электрических и механических помех в системе уравновешивания и усилителя не должен превышать 10% уровня сигнала в наиболее чувстви­тельном испытательном диапазоне.

Ванна должна иметь достаточную тепловую массу для обеспечения под­держания температуры испытания с требуемой точностью. Образец должен на­ходиться на достаточном расстоянии от стенок ванны, чтобы кривизна поверх­ности припоя у стенок ванны не влияла на силы, действующие на образец. Для повышения избирательности данного испытания температура ванны выбирается 235°С. Определенные покрытия, например, оловянное с органическим блеско­образователем или золото, показывают значительное изменение скорости их рас­творения в припое, состоящем по массе из 60% олова и 40% свинца, при тем­пературе от 235 до 250°С. В данной ситуации в соответствующей НТД следует указывать, можно ли использовать для испытания температуру паяльной ванны 250^вС.

Глубина, на которую погружается образец в расплавленный припой (состав которого должен быть указан), должна отвечать следующим условиям:

1. в процессе смачивания поднимающийся мениск припоя перемещают по испытываемой поверхности образца. При необходимости образец укорачивают для того, чтобы поддерживать зазор между концом образца и дном паяльной ванны;

2. смещение (мениска) должно осуществляться преимущественно вдоль участка с однородным поперечным сечением;

3. глубина погружения должна воспроизводиться с точностью ±2 мм, что­бы поправка на выталкивающую силу (которая обычно мала) находилась в пре­делах ±10% в худшем случае.

Примечание. Чем больше глубина погружения, тем больше выталки­вающая сила смещает уровень нулевой силы от центрального нуля, при этом конечный сигнал будет оставаться выше первоначальной точки баланса даже при идеальном смачивании.

Чем больше глубина погружения, тем больше площадь передачи тепла от припоя к образцу, следовательно, тем меньше теплообмен замедляет процесс смачивания.

Установлено, что для стандартизованного метода испытания подходящей является скорость 16—25 мм/с. Более высокая скорость приводит к образо­ванию ударных волн в паяльной ванне (что влияет на измерение силы), а при более низкой скорости припой в ванне продолжает движение во время началь­ного периода подъема мениска.

Образцы, процесс пайки которых длится более 10 с, как правило, бракуют. Время выдержки менее 10 с не позволяет собрать достаточную информацию об образцах с плохой паяемостью или большой теплоемкостью. Время выдержки 5 с обычно является достаточным для небольших образцов, таких, как прово­лочные выводы.

При сравнении значения силы в начале испытательного цикла со значением силы в конце выдержки можно получить информацию о стабильности взаимо­связи между припоем и образцом (см. также п. Вб.1.3).

85. Некоторые характерные кривые «сила — время»

В приведенных ниже примерах часть кривой, характеризующая выталки­вающие силы, действующие на образец снизу вверх, т. е. состояние несмачива- ния, обозначена как положительная; кривая, представляющая силы, действую­щие вниз, т. е. смачивание, показана как отрицательная.

Пунктирная линия соответствует состоянию в начале испытательного цикла без учета веса образца. Сплошная горизонтальная линия показывает смещение выталкивающей силы, где сила смачивания равна 0.

Выталкивающая сила, действующая на образец, может быть вычислена пу­тем умножения объема погруженной части образца на плотность расплавлен­ного припоя, который этот объем вытесняет. При указанной температуре ис­пытания 235°С округленное значение плотности расплавленного припоя, состоя­щего по массе из 60% олова и 40% свинца, составляет 8 г/см³.

85. Критерии оценки кривой зависимости «сила — время»

В.6.1. Выбор критерия оценки результатов испытания Поскольку одним из достоинств данного метода испытания является то, что исследуется весь процесс смачивания, следует использовать не один, а не­сколько параметров, перечисленных в п. 6.4 настоящего стандарта, при опре­делении требований, которым должны соответствовать результаты испытания.

1 — несмачивание; 2 — плохое смачивание; 3 — хорошее смачивание; 4 — быстрое сма­чивание, ограниченное тепловыми требованиями; 5 — замедленное смачивание; 6 — мед­ленное смачивание; 7 — выталкиваемый образец; 8 — очень быстрое смачивание;

9 — нестабильное смачивание

Рис. 3

Вб. 1.1. Время начала смачивания

В точке А (см. рис. 2 настоящего стандарта) процесс смачивания начинает­ся с состояния несмачивания до точки, когда мениск припоя начинает подни­маться выше уровня припоя в паяльной ванне. Интервал времени между точ­ками А и to является, таким образом, временем начала смачивания. Рекомен­дуется, чтобы для компонентов, подвергаемых групповой пайке, это время на­ходилось в пределах от 1 до 2,5 с в зависимости от типа флюса и тепловой характеристики образца.

Вб. 1.2. Распространение смачивания

Эталонная сила смачивания — это максимальная величина, получаемая для данной системы. Эталонная сила смачивания достигается путем непрерывного уменьшения скорости смачивания, что особенно важно для образцов с высокой теплоемкостью, которая может привести к неправильному снятию показаний значения времени.

В результате выбора заданной части эталонной силы смачивания в каче­стве одного из критериев испытания не только достигается приемлемый уро­вень смачивания, но и упрощается снятие показаний соответствующего значе­ния на кривой зависимости «сила — время».

86. 1.3. Стабильность смачивания

После достижения максимального значения силы в точке В мениск может оставаться неподвижным, и сила меняться не будет. Однако эта стабильность может быть нарушена вследствие взаимодействия между образцом и припоем, что приводит к растворению поверхности образца припоем с образованием слоя продуктов реакции на границе раздела. Кроме того, остаточный флюс может испаряться, разрушаться или перемещаться по поверхности припоя в ванне. Эти явления могут привести к уменьшению измеряемой силы, в результате чего зна­чение силы в конце испытательного периода в точке С окажется меньше, чем значение, зарегистрированное в точке В. Такая нестабильность нежелательна. Поэтому для испытания продолжительностью 5—10 с рекомендуется, чтобы от- сила в точке С

ношение — превышало 0,8.

сила в точке В

Методика, приведенная в п. 6.3 настоящего стандарта, для определения эта­лонной силы смачивания использует ряд обработок, обеспечивающих наиболее благоприятные условия для смачивания испытываемых поверхностей.

При использовании такого эталонного значения результаты испытаний на образцах с неизвестным состоянием поверхности сравнивают с наилучшим зна­чением смачивания, которое материал способен проявить при данной геометрии и при условиях, определенных в испытании.

Если подобная методика применяется к материалам, поверхности которых смачиваются припоем с большим трудом, то измеренная эталонная сила являет­ся эталоном слишком низкой степени смачивания. В таких случаях образцы, конечно, не отвечают первоначальному требованию: А — to.

Для получения эталона смачивания, не зависящего от природы образца, реальную эталонную силу смачивания можно сравнить с теоретической силой смачивания (Г) в миллиньютонах, рассчитанной по формуле

F=gfV—чр, (2)

где р — периметр погруженной части образца, мм;

V — объем погруженной части образца, мм³.

Это равенство основано на предположениях, что:

1. теоретическая сила смачивания F действует в плоскости поверхности об­разца (т. е. нулевой угол контакта);

2. константа поверхностного натяжения у, соответствующая указанному флюсу и припою при 235°С, равна 0,4 мН/мм (0,4 Дж/м²);

произведение gQ (где g — ускорение силы тяжести и q — плотность, припоя при 235°С) для данного вычисления приблизительно может быть равно* 0,08 Н/см³.ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

1. Постановлением Государственного комитета СССР по стандар­там от 15.08.89 № 2565 введен в действие государственный стандарт СССР ГОСТ 28235—89, в качестве которого непосред­ственно применен стандарт Международной Электротехниче­ской Комиссии СТ МЭК 68—2—54—85, с. 01.03.90

2. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕН­ТЫ

3. Замечания к внедрению ГОСТ 28235—89

Техническое содержание стандарта МЭК 68—2—54—85 «Ос­новные методы испытаний на воздействие внешних факторов. Часть 2. Испытания. Испытание Та. Пайка. Испытание на паяемость методом баланса смачивания» принимают для ис­пользования и распространяют на изделия электронной техни­ки народнохозяйственного назначения.

Редактор Т. С. Шеко
Технический редактор Л. А. Никитина
Корректор Р. Н. Корчагина