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【表面贴装】UL 对焊锡限制的更新
发布时间:2018-04-02 16:26:00 编辑:塔尖科技

焊锡限制定义

通过UL认证程序评估PCB、阻焊层和覆金属箔基材的安全性时,焊锡限制是所采用的基本参数之一。
 
焊锡限制代表PCB在元件组装操作过程中要经历的焊接工艺,包括PCB在温度超过100℃时或PCB的最高操作温度(maximum operating temperature ,MOT)下所要经受的时间,取100℃和最高操作温度二者中的较高者。只有手工焊接操作不需要考虑焊锡限制。焊锡限制可以是一组时间和温度,例如在288℃下停留20秒;也可以是包含了多组时间和温度的多重焊锡限制(multiple solder limits ,MSL),其中包括环境周期时间,表示不同焊接操作之间的时间间隔。在进行PCB安全性评估的多个测试之前,焊锡限制可作为热冲击过程的一部分。
 

解读焊锡限制

上文提到过,焊锡限制要考虑PCB在温度超过100℃时或最高操作温度(取二者中较高的温度)下要经受的时间。为了确定操作环境是否超过了已验证的焊锡限制,我们需要了解PCB的焊接操作以及相关的焊接曲线。然后我们会使用这些焊接曲线来测量处于关键温度以上的时间。
 
我们可以用它来确定PCB处于100℃或已认证的MOT下的时间。如果电路板只有阻燃性认证,那么我们需要确定PCB超过100℃线以上的时间。对于经全面认证的PCB,我们需要确定超过MOT线以上的时间。
 


当你查看线上方的总时间时,你就能明白为什么采用在不同温度下具有不同时间的多重焊锡限制更加适合这种焊接曲线,否则你就会看到处于高温环境下的时间很长。

该示例是针对只有阻燃认证的PCB,其焊锡限制是在288℃下停留20秒。如果t1至t2的时间大于20秒,就超过了焊锡限制,因此PCB的UL认证就失效了。在图3中我们可以看到使用了同样的评估方法,只是所认证PCB的MOT是130℃。

 
如果PCB通过了具有多重焊锡限制(MSL)的认证,那么PCB就可以暴露在100℃和给出时间所对应的具体温度之间;这些条件是互相补充的,而不是相互替代的。如图中所示,在>100℃和≤180℃温度之间停留10800秒,加上>100℃和≤230℃温度之间停留80秒,加上>100℃和≤260℃温度之间停留10秒,加上室温下停留至少300秒,再加上>100℃和≤260℃温度下停留10秒。


焊锡限制为什么如此重要?

IPC D-32热应力技术组进行的一项研究表明,通过了浮焊测试的PCB在进行表面贴装组装焊接操作过程中可能会出现故障,这对我们PCB业内人士来说一点都不意外。很久以前我们就已经意识到,焊接操作过程越剧烈,PCB的退化程度就越大。退化程度的增大不仅会影响PCB的可靠性,还会对一些安全性能产生负面影响。

UL对PCB做出准确的安全性评估时,必须要使用焊锡限制,因为它可以反映出组装操作过程中PCB真正要经受的焊接工艺;如果我们在测试过程中使用的焊锡限制达不到真实生产过程中PCB将要经受的焊锡限制,那么对PCB进行的安全测试就是无效的,因此我们也无法确信PCB会在之后更恶劣的生产环境中表现出相同的性能。
 

UL对行业有哪些帮助

我们在UL最常听到的一句话是:PCB制造商在选择用于认证PCB的焊锡限制时,不知道自己的客户将会使用哪种焊接曲线。我是从一家一级汽车电子品制造商跳槽到UL的,所以我非常能理解他们的难点。我之前从没跟我的PCB供应商说过我要在电路板上使用哪种焊接曲线,而我只是那家PCB公司的众多客户之一。UL所做的就是为PCB制造商提供一些标准化的焊接曲线,供其用于认证PCB。

我们正在使用的是IPC-TM650 2.6.27 T230和T260焊接曲线,将其作为PCB制造商使用的选项。这些都是可以选择的选项,我们不会强迫他们一定要使用哪种焊接曲线。如果PCB制造商要求使用其他任何回流焊焊接曲线,我们也乐于接受。

UL建议PCB至少要能经受3个回流焊周期,但同时PCB制造商也需要了解他们的客户可能要求PCB能经受回流焊周期的最多次数。最近一家组装代工厂建议PCB要能经受6个回流焊周期!

我们正在努力将这些IPC T230和T260焊接曲线加入到UL796——PCB的评估标准中——但并不要求制造商一定要使用这类曲线;它只是更容易获得的指南/选项。UL不会控制有哪些内容可以纳入UL标准;UL标准是通过一个大家共同认可的流程产生的——UL在标准技术委员会(STP)只有一张投票权;我们一直以来都致力于将这些曲线填加到标准中,希望STP可以明白这样做的价值,且STP能不久之后将这些曲线纳入标准中。

UL对标准中纳入其他标准化回流焊焊接曲线持开放态度,并且也乐于接受这方面的相关建议。UL无意创建自己的回流焊焊接曲线。

如何更新焊锡限制

焊锡限制是粘接强度、分层和可燃性这三个主要测试的测试程序组成部分,因此,提高现有PCB种类的焊锡限制要求将包括使用这些修订后的限制值进行测试。这些数值也会用于其他特定结构类型的测试,例如导电胶附着力,所以也需要考虑,但对于绝大多数UL认证的电路板而言只需要考虑这3个主要的测试。

 
需要对每个UL/ANSI等级的基材进行评估,如果一块电路板同时使用了FR-4.0和FR-4.1材料,在我们查看是否可以应用 CCIL/MCIL项目之前,就需要对每个UL/ANSI等级的基材进行全面测试。

PCB制造商可能面临的一个问题是绝大多数基材和阻焊层没有与适用于SMT回流焊接曲线的焊锡限制一起通过认证,这就意味着无法对基材采用CCIL/MCIL项目,也无法对阻焊层应用永久涂层项目,因为有些PCB可能要减少测试或不进行测试,把这些情况考虑进去以后,材料的焊锡限制要等同于或者强于PCB真正经受的焊接操作过程。如果材料的焊锡限制不适合,就要对每种基材的粘接强度、分层和阻燃性进行评估,并且要对每种阻焊层的阻燃性进行评估。

UL将致力于向所有相关方宣传焊锡限制的意义,但与此同时也需要PCB制造商帮助我们与他们的供应商共同合作,确保供应商在认证材料时使用了合适的焊锡限制,这样就可以在常规操作中应用CCIL项目和永久涂层项目,从而最大程度地减少PCB制造商需要进行的测试。

我们强烈建议任何新款PCB都要通过适用于SMT回流焊接的焊锡限制认证,除非PCB制造商100%确定他们的PCB永远不会暴露于上文所提到的焊接环境中。
 

未来会发生什么?

UL计划与相关方积极沟通这一信息:生产UL认证产品的OEM、已认证的PCB组装厂和PCB制造商、以及认证的供应PCB行业材料的材料制造商。目的是通知各相关方,以确保每个人都了解焊锡限制的含义。任何有使用认证PCB需求的人都一定要保证PCB在焊接过程中不可以超过其焊锡限制,这样才可以保证认证的有效性。
 
UL还在尝试将IPC TM-650 2.6.27 T230和T260 焊接曲线更新至PCB标准——UL796当中,这一点在上文已经提到过。但这并不意味着PCB制造商一定要使用标准中标明的这些焊接曲线,但我们认为如果把这些焊接曲线作为一种备选方案提供给他们,那么对于行业来说则更易于要求他们。

从2018年年初开始,UL后续跟踪服务(FUS)的检验员将接受相关内容培训,学习焊锡限制的含义以及在检查PCB组装厂和OEM时如何解读焊锡限制。检验员将会要求查看所有已认证的PCB在进行任何组装操作过程中所采用的焊接曲线,并且会核查正在使用的PCB在操作过程中是否超出了认证的焊锡限制。

任何时候,只要发现已认证的PCB在操作过程中超出了认证的焊锡限制,那么这块电路板就会被认为是不符合规定的产品,随即会发出不符合报告,需要采取进一步措施解决这个问题。

理想情况下,组装厂和/或OEM会告知PCB制造商他们被UL认证的PCB可能能够承受的焊锡限制,但我们也知道这种情况很少见。所以PCB制造商应该主动采取行动,在认证PCB时综合考虑采用适用于多种表面贴装焊接操作的焊接曲线。
 

总结

绝大多数已被认证的PCB的焊锡限制并不代表当前组装行业表面贴装焊接操作的一般焊锡限制,这个观点必须要加以纠正。PCB行业很久以前就已经意识到:焊接工艺越剧烈,PCB的退化程度就越大。一般情况下,我们认为这种退化会对PCB的可靠性产生影响,但考虑到安全性因素时仍是有效的。为了保证安全性评估的有效性,在评估PCB的时候一定要结合它的焊锡限制,因为焊锡限制代表着线路板在生产过程中真正会经历的焊接工艺。对于将要承受SMT焊接操作过程的PCB,传统的浮焊测试是无效的。
 
在SMT时代,UL希望帮助行业在结合焊接曲线的同时,用更简便的方法评估他们的PCB和材料,并且根据IPC TM-650 2.6.27 T230和T260作为安全性评估的选项。行业也可以选择任何想要使用的其他曲线,但我们经常会听说PCB制造商不知道需要采用哪种回流焊焊接曲线。所以我们希望通过提供一些业内标准曲线帮助业内各方顺利完成生产。

已经通过单个时间/温度焊锡限制认证的PCB需要进行测试才能符合这些SMT焊接曲线,但如果层压板制造商和阻焊剂制造商同意将他们的认证焊锡限制提高到可以满足这些曲线,上述测试就可以最大程度地简化。当然,我们十分推荐所有的新款PCB都采用SMT焊锡限制进行评估。行业必须要解决这个问题:焊锡限制一定要代表PCB真正要经历的焊接工艺。

我最后想说的是,如果你遇到了这方面的问题,我们可以随时提供帮助。你有任何问题、任何担忧或者需要任何帮助,可联系我们。我们一定会尽全力帮助你完成认证,确保准备采用SMT回流焊工艺的PCB 可以采用我们行业目前普遍使用的SMT焊接曲线。

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