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標準地址下載：

IEC 60068-2-83-2011.pdf

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在電子制造領域，將小小的電子元件準確地焊接到電路板上，是決定產品壽命與可靠性的關鍵一步。對于表面貼裝器件（SMD）來說，其金屬端頭的“可焊性”直接影響了焊接質量。

為了統一評估標準，國際電工委員會（IEC）制定了IEC 60068-2-83標準。這篇文章將帶您了解這套利用“焊膏”和“潤濕平衡法”來測試SMD可焊性的科學方法。

標準概述：不只是簡單的“沾錫”測試

IEC 60068-2-83 的核心目的，是提供一套用于比較研究SMD元件金屬端子與焊膏之間潤濕性的方法。

這里的“潤濕性”，指的是熔融焊料在金屬表面鋪展的能力。如果潤濕性好，焊料會像水在玻璃上一樣均勻鋪開，形成可靠的連接；如果不好，焊料會聚成球狀，導致虛焊或連接不良。

需要注意的是，該標準明確指出，通過這種方法獲得的數據不應用作判定“合格/不合格”的絕對定量數據，而是用于對比和工藝研究。它與傳統的焊槽法（IEC 60068-2-58）或焊珠法（IEC 60068-2-69）不同，最大的特點在于使用了焊膏而非單純的焊料，更接近實際SMD回流焊的生產工藝。

適用范圍

本標準主要適用于各類表面貼裝器件（SMD），特別是矩形片式元件（如電阻、電容）。通過特定的夾具，該方法也可以應用于有引腳的SMD封裝，但建議在直引腳上進行測試以保證結果的重復性。

試驗條件與核心儀器

該測試通過記錄元件浸入熔融焊膏時受到的垂直力變化，來量化評估可焊性。測試系統主要由以下核心儀器組成：

1. 高靈敏度力傳感器：這是整套設備的“心臟”。它負責測量元件在浸入焊膏時受到的垂直方向的合力（包括浮力和表面張力）。傳感器需要具有極高的分辨率（優于0.01 mN）和位移靈敏度（優于0.5 mN/μm）。

2. 精密加熱系統：用于熔化焊膏。根據測試方法的不同，加熱系統需要能夠實現快速升溫或精確模擬回流焊的溫度曲線。

3. 自動升降系統：負責精確控制元件的浸入深度和速度（通常在0.5 mm/s至5 mm/s之間），以及將測試夾具浸入加熱槽的動作。

4. 專用測試夾具（測試板）：

• 材質：通常由無氧磷銅制成。

• 規格：根據測試方法不同，測試板上會有精確尺寸的凹坑（用于承載焊膏），并涂有阻焊層，以確保每次測試的焊膏量和接觸面積一致。

• 一次性使用：標準要求每個測試使用新的測試板，避免交叉污染。

恢復條件（預處理）

為了確保測試結果的準確性和可重復性，被測元件需要經過嚴格的預處理：

1. 無污染原則：除非另有規定，元件應在“驗收狀態”下直接測試。拿取時必須極其小心，避免手指油脂等污染端頭。

2. 清潔：如果規范要求清潔，允許在室溫下使用有機溶劑浸泡以去除油脂，然后自然風干。禁止使用其他可能改變表面狀態的清洗方法。

3. 加速老化：如果相關規范要求模擬元件儲存后的狀態，則需要按照IEC 60068-2-20標準中的方法進行加速老化處理（如蒸汽老化），以評估其在生命周期后期的可焊性。

三種主要的試驗過程與方法

IEC 60068-2-83 描述了三種不同的試驗方法，選擇哪種由相關規范或供需雙方商定：

1. 快速加熱法

• 過程：先將元件浸入常溫的焊膏中，然后以極快的速度（通常1.5秒內達到焊料熔化溫度）加熱測試板，使焊膏熔化。

• 特點：考察元件在極端快速升溫條件下的潤濕行為。

2. 同步法

• 過程：元件與加熱過程同步。當開始加熱時，元件才向下移動，與正在熔化的焊膏接觸。

• 特點：該方法可以避免元件在焊膏熔化前長時間浸泡在焊劑中，能更好地模擬實際回流焊中元件“站立”在焊膏上的過程。該方法涉及特定的專利夾具。

3. 溫度曲線法

• 過程：該方法旨在模擬實際的生產環境。將元件浸入焊膏后，按照設定的預熱、保溫、回流等溫度曲線（例如，SAC型焊膏峰值約245℃）進行加熱。

• 特點：為了消除焊膏熔化時的“內聚力”對測量的干擾，過程中會進行一次短暫的提起與再浸入操作，以分離焊膏內聚力和真正的潤濕力。這種方法最能反映真實工藝。

結果分析與表征參數

無論采用哪種方法，最終都會得到一條“力-時間”曲線。通過對曲線的分析，可以得到關鍵的量化參數：

• 開始潤濕時間（$t_0$或$t_1$）：從元件與熔融焊料接觸到潤濕力由負（浮力）轉為正（潤濕力）的時間。時間越短，說明潤濕啟動越快，可焊性越好。

• 潤濕時間（$t_1$）：從力歸零到達到最大潤濕力的2/3所需的時間。也是衡量潤濕速度快慢的指標。

• 最大潤濕力（$F_{max}$）：在整個測試過程中，元件受到的最大向下拉力。它反映了焊料對元件的最終潤濕程度。

• 潤濕穩定性（$S_b$）：即測試結束時的力（$F_{end}$）與最大力（$F_{max}$）的比值。比值越接近1，說明形成的焊點越穩定，沒有出現脫潤濕等現象。

其他重要注意事項

1. 方法的局限性：該標準在附錄中特別強調，由于焊膏成分復雜（含助焊劑等），在熔化時可能發生“爆沸”，導致力值波動，因此這些方法不宜直接用于“合格/不合格”的判定，更適合作為工藝對比和研究工具。

2. 浮力問題：由于不同焊膏密度不同，且元件形狀復雜，標準測量中無法精確計算和扣除元件的浮力，因此測量結果是一個包含浮力的“表觀力”，這也是為什么只能做比較分析的原因之一。

3. 焊膏的影響：焊膏的粘度、觸變性、助焊劑活性等都會顯著影響測試結果。因此，測試時應保持焊膏的品牌、批次和預處理條件（如回溫時間、攪拌方式）高度一致。

4. 專利問題：標準正文中列出了與“同步法”等相關的多項已有專利，使用相關設備時需注意授權問題。

結語

IEC 60068-2-83 提供了一套精密且貼近實際生產流程的SMD可焊性測試方法。通過使用焊膏和高靈敏度的潤濕平衡法，工程師能夠深入了解不同元件與不同焊膏之間的相互作用，從而優化回流焊工藝、篩選材料，最終確保電子產品的長期可靠性。雖然它不適合作為簡單的“通過/失敗”標準，但在電子制造的質量控制和研發領域，它無疑是一件強大的分析工具。

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