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IEC 60068-2-83-2011.pdf

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在电子制造领域，将小小的电子元件准确地焊接到电路板上，是决定产品寿命与可靠性的关键一步。对于表面贴装器件（SMD）来说，其金属端头的“可焊性”直接影响了焊接质量。

为了统一评估标准，国际电工委员会（IEC）制定了IEC 60068-2-83标准。这篇文章将带您了解这套利用“焊膏”和“润湿平衡法”来测试SMD可焊性的科学方法。

标准概述：不只是简单的“沾锡”测试

IEC 60068-2-83 的核心目的，是提供一套用于比较研究SMD元件金属端子与焊膏之间润湿性的方法。

这里的“润湿性”，指的是熔融焊料在金属表面铺展的能力。如果润湿性好，焊料会像水在玻璃上一样均匀铺开，形成可靠的连接；如果不好，焊料会聚成球状，导致虚焊或连接不良。

需要注意的是，该标准明确指出，通过这种方法获得的数据不应用作判定“合格/不合格”的绝对定量数据，而是用于对比和工艺研究。它与传统的焊槽法（IEC 60068-2-58）或焊珠法（IEC 60068-2-69）不同，最大的特点在于使用了焊膏而非单纯的焊料，更接近实际SMD回流焊的生产工艺。

适用范围

本标准主要适用于各类表面贴装器件（SMD），特别是矩形片式元件（如电阻、电容）。通过特定的夹具，该方法也可以应用于有引脚的SMD封装，但建议在直引脚上进行测试以保证结果的重复性。

试验条件与核心仪器

该测试通过记录元件浸入熔融焊膏时受到的垂直力变化，来量化评估可焊性。测试系统主要由以下核心仪器组成：

1. 高灵敏度力传感器：这是整套设备的“心脏”。它负责测量元件在浸入焊膏时受到的垂直方向的合力（包括浮力和表面张力）。传感器需要具有极高的分辨率（优于0.01 mN）和位移灵敏度（优于0.5 mN/μm）。

2. 精密加热系统：用于熔化焊膏。根据测试方法的不同，加热系统需要能够实现快速升温或精确模拟回流焊的温度曲线。

3. 自动升降系统：负责精确控制元件的浸入深度和速度（通常在0.5 mm/s至5 mm/s之间），以及将测试夹具浸入加热槽的动作。

4. 专用测试夹具（测试板）：

• 材质：通常由无氧磷铜制成。

• 规格：根据测试方法不同，测试板上会有精确尺寸的凹坑（用于承载焊膏），并涂有阻焊层，以确保每次测试的焊膏量和接触面积一致。

• 一次性使用：标准要求每个测试使用新的测试板，避免交叉污染。

恢复条件（预处理）

为了确保测试结果的准确性和可重复性，被测元件需要经过严格的预处理：

1. 无污染原则：除非另有规定，元件应在“验收状态”下直接测试。拿取时必须极其小心，避免手指油脂等污染端头。

2. 清洁：如果规范要求清洁，允许在室温下使用有机溶剂浸泡以去除油脂，然后自然风干。禁止使用其他可能改变表面状态的清洗方法。

3. 加速老化：如果相关规范要求模拟元件储存后的状态，则需要按照IEC 60068-2-20标准中的方法进行加速老化处理（如蒸汽老化），以评估其在生命周期后期的可焊性。

三种主要的试验过程与方法

IEC 60068-2-83 描述了三种不同的试验方法，选择哪种由相关规范或供需双方商定：

1. 快速加热法

• 过程：先将元件浸入常温的焊膏中，然后以极快的速度（通常1.5秒内达到焊料熔化温度）加热测试板，使焊膏熔化。

• 特点：考察元件在极端快速升温条件下的润湿行为。

2. 同步法

• 过程：元件与加热过程同步。当开始加热时，元件才向下移动，与正在熔化的焊膏接触。

• 特点：该方法可以避免元件在焊膏熔化前长时间浸泡在焊剂中，能更好地模拟实际回流焊中元件“站立”在焊膏上的过程。该方法涉及特定的专利夹具。

3. 温度曲线法

• 过程：该方法旨在模拟实际的生产环境。将元件浸入焊膏后，按照设定的预热、保温、回流等温度曲线（例如，SAC型焊膏峰值约245℃）进行加热。

• 特点：为了消除焊膏熔化时的“内聚力”对测量的干扰，过程中会进行一次短暂的提起与再浸入操作，以分离焊膏内聚力和真正的润湿力。这种方法最能反映真实工艺。

结果分析与表征参数

无论采用哪种方法，最终都会得到一条“力-时间”曲线。通过对曲线的分析，可以得到关键的量化参数：

• 开始润湿时间（$t_0$或$t_1$）：从元件与熔融焊料接触到润湿力由负（浮力）转为正（润湿力）的时间。时间越短，说明润湿启动越快，可焊性越好。

• 润湿时间（$t_1$）：从力归零到达到最大润湿力的2/3所需的时间。也是衡量润湿速度快慢的指标。

• 最大润湿力（$F_{max}$）：在整个测试过程中，元件受到的最大向下拉力。它反映了焊料对元件的最终润湿程度。

• 润湿稳定性（$S_b$）：即测试结束时的力（$F_{end}$）与最大力（$F_{max}$）的比值。比值越接近1，说明形成的焊点越稳定，没有出现脱润湿等现象。

其他重要注意事项

1. 方法的局限性：该标准在附录中特别强调，由于焊膏成分复杂（含助焊剂等），在熔化时可能发生“爆沸”，导致力值波动，因此这些方法不宜直接用于“合格/不合格”的判定，更适合作为工艺对比和研究工具。

2. 浮力问题：由于不同焊膏密度不同，且元件形状复杂，标准测量中无法精确计算和扣除元件的浮力，因此测量结果是一个包含浮力的“表观力”，这也是为什么只能做比较分析的原因之一。

3. 焊膏的影响：焊膏的粘度、触变性、助焊剂活性等都会显著影响测试结果。因此，测试时应保持焊膏的品牌、批次和预处理条件（如回温时间、搅拌方式）高度一致。

4. 专利问题：标准正文中列出了与“同步法”等相关的多项已有专利，使用相关设备时需注意授权问题。

结语

IEC 60068-2-83 提供了一套精密且贴近实际生产流程的SMD可焊性测试方法。通过使用焊膏和高灵敏度的润湿平衡法，工程师能够深入了解不同元件与不同焊膏之间的相互作用，从而优化回流焊工艺、筛选材料，最终确保电子产品的长期可靠性。虽然它不适合作为简单的“通过/失败”标准，但在电子制造的质量控制和研发领域，它无疑是一件强大的分析工具。

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