IEC 60749-15:2020
Полупроводниковые приборы. Механические и климатические методы испытаний. Часть 15. Устойчивость к температуре пайки для устройств, монтируемых через отверстия.

Стандартный №

IEC 60749-15:2020

Дата публикации

2020

Разместил

International Electrotechnical Commission (IEC)

Последняя версия

IEC 60749-15:2020

сфера применения

Обзор стандарта и технологическая эволюция

IEC 60749-15 — это часть 15 серии стандартов Международной электротехнической комиссии (IEC) по методам механических и климатических испытаний полупроводниковых приборов, в частности, касающаяся стандартизированного тестирования температур пайки для устройств, монтируемых в отверстия. Третье издание этого стандарта было выпущено в 2023 году, заменив второе издание 2010 года, и содержит значительные обновления в его техническом содержании и методах испытаний.

Основная цель этого стандарта — оценить способность упакованных твердотельных устройств выдерживать температуры пайки во время волновой пайки. С миниатюризацией и развитием высокоплотных электронных устройств влияние процессов пайки на надежность устройств становится все более заметным.

Внедрение этого стандарта помогает гарантировать, что устройства не будут подвергаться ухудшению электрических характеристик или внутренним отказам соединений из-за термического напряжения при пайке во время сборки печатной платы.

---

Структура стандарта и основные требования

Стандарт IEC 60749-15 имеет полную систему стандартов, образующую замкнутый цикл управления от принципов тестирования до конкретных операций.

Стандарт разделен на семь основных глав, охватывающих весь процесс от испытательного оборудования до определения результатов.

Глава	Основное содержание	Технические особенности	Трудности реализации
1 Область применения	Определение цели и области применения испытания	Четко применимо только к устройствам для монтажа в отверстия	Разграничение путей теплопроводности при волновой пайке и пайке оплавлением
4 Испытательное оборудование	Укажите требования к паяльной ванне, погружному устройству и устройству для рассеивания тепла	Точность контроля температуры ±5°C	Калибровка и техническое обслуживание оборудования
5 Материалы	Спецификации припоя и флюса	Сплав Sn60Pb40 или Sn63Pb37	Альтернативы бессвинцовому припою
6 Процедура	Подробные процедуры и методы испытаний	Контроль времени погружения, глубины и угла погружения	Консистенция предварительной обработки образца

Стандарт подчеркивает разрушительный характер испытания, прямо указывая, что оно может использоваться для квалификации, приемки партий и мониторинга продукции. Принцип тестирования основан на теплопроводности от обратной стороны печатной платы к внутренней части корпуса устройства через выводы устройства, что соответствует механизму теплопроводности реального процесса волновой пайки.

---

Основные технические параметры и методы тестирования

6.1 Выбор метода тестирования

В стандарте используется метод погружения припоя вместо моделирования реальной волновой пайки, в основном на основе следующих технических соображений:

• Контроль повторяемости: Метод погружения обеспечивает более стабильное температурное поле и условия погружения
• Стандартизация параметров: Такие параметры, как глубина погружения, время и угол, легко количественно определить и контролировать
• Упрощение оборудования: Нет необходимости в сложных генераторах волн, что снижает затраты на тестирование

6.3 Припойная ванна Подготовка

Подготовка паяльной ванны напрямую влияет на точность результатов испытаний.

Стандартные требования: Состав припоя соответствует IEC 60068-2-20. Температура ванны контролируется в диапазоне 260°C ± 5°C. Слой оксида на поверхности припоя необходимо регулярно удалять. Для каждой партии проводится проверка равномерности температуры. 6.5. Техника погружения припоя. Технические аспекты техники погружения включают: Параметры Стандартные требования Допустимые отклонения Методы измерения Глубина погружения 2,0 мм ± 0,5 мм ± 0,2 мм Оптическая измерительная система Время погружения 10 с ± 0,5 с ±0,1 с Цифровой таймер Угол погружения 90° ± 5° ±2° Угольник Скорость подъема 25 мм/с ± 5 мм/с ±1 мм/с Датчик скорости

Новая опция ускоренного старения, добавленная в третьем издании, позволяет проводить предварительную обработку в определенных условиях для моделирования эффектов старения устройств в реальных условиях эксплуатации, что приближает результаты испытаний к реальным сценариям применения.

---

Анализ технических различий между старой и новой версиями

Основные технические изменения третьего издания IEC 60749-15:2023 по сравнению со вторым изданием 2010 года включают:

Основные моменты технических улучшений

1. Усовершенствованные условия испытаний: Новый стандарт предъявляет более строгие требования к равномерности температуры паяльной ванны, ужесточая их с ±10°C до ±5°C, что улучшает повторяемость и сопоставимость испытаний.

2. Опция ускоренного старения: Введенный пункт 6.2 позволяет проводить ускоренную обработку образцов перед испытаниями. Это улучшение позволяет лучше оценивать паяемость устройств после длительного использования.

3. Уточненные критерии отказов: Пункт 6.8 содержит более подробное описание критериев отказов, различая различные типы отказов, такие как дефекты внешнего вида, ухудшение электрических характеристик и механические повреждения.

4. Повышенные меры безопасности: Пункт 6.6 добавляет требования к защите операторов, особенно для предотвращения разбрызгивания припоя и ожогов от высоких температур.

История эволюции стандарта

Эти технологические изменения отражают тенденции развития полупроводниковой промышленности:

• Размеры корпусов устройств постоянно уменьшаются, теплоемкость снижается, а чувствительность к нагреву при пайке возрастает
• Процессы бессвинцовой пайки становятся все более распространенными, а температура пайки повышается
• Высокопроизводительные приложения, такие как автомобильная электроника и аэрокосмическая промышленность, предъявляют все более высокие требования к надежности
• Интеллектуальное производство увеличивает спрос на стандартизированное и автоматизированное тестирование

---

Рекомендации по внедрению и лучшие практики

Требования к конструкции лаборатории

Создание испытательной лаборатории, соответствующей стандарту IEC 60749-15, требует учета следующих факторов:

1. Контроль окружающей среды: Температура в зоне испытаний должна контролироваться на 23°C±5°C, относительная влажность должна быть ниже 60%
2. Выбор оборудования: Выберите паяльную ванну с обратным контролем температуры и оснастите ее автоматическим устройством погружения
3. Система калибровки: Разработайте регулярный план калибровки оборудования, особенно датчиков температуры и таймеров.
4. Обучение персонала: Операторы должны пройти обучение по интерпретации стандартов, эксплуатации оборудования и мерам безопасности.

Оптимизация процесса тестирования

Для повышения эффективности и точности тестирования рекомендуются следующие меры оптимизации:

Этапы процесса	Распространенные проблемы	Решения для оптимизации	Ожидаемые результаты
Пример Подготовка	Окисление контактов влияет на пайку	Добавить этапы ультразвуковой очистки	Улучшить согласованность результатов тестирования
Поддержание паяльной ванны	Изменения состава сплава	Регулярный анализ химического состава	Обеспечение стабильных характеристик припоя
Операция погружения	Большие отклонения из-за ручной работы	Использовать автоматизированное оборудование для погружения	Снизить человеческие ошибки
Оценка результатов	Непоследовательная субъективная оценка	Создать базу данных количественных оценок	Повысить объективность оценка

Распространенные проблемы и решения

Проблема 1: Плохая воспроизводимость результатов испытаний
Возможные причины: Неравномерная температура паяльной ванны, неточный контроль глубины погружения, непостоянная активность флюса.
Решения: Усиление калибровки оборудования, внедрение автоматизированного оборудования управления и стандартизация процесса нанесения флюса.

Проблема 2: Слабая корреляция с фактическим процессом пайки
Возможная причина: Условия испытаний слишком идеализированы и не учитывают переменные реального производства.
Решение: Объединение вариантов ускоренного старения для имитации состояния устройств в реальных условиях эксплуатации; Провести корреляционные исследования для установления соответствия между результатами испытаний и фактическим качеством пайки.

Проблема 3: Трудности применения бессвинцовых припоев
Возможная причина: Стандарты в основном основаны на традиционных припоях Sn-Pb, в то время как бессвинцовые припои имеют более высокие температуры плавления.
Решение: Отрегулировать температуру испытаний в пределах допустимого диапазона стандарта и провести специальные исследования по проверке бессвинцовых припоев.

---

Применение в промышленности и значение стандарта

Применение в электронной промышленности

Стандарт IEC 60749-15 имеет широкое применение в электронной промышленности:

• Управление поставщиками: Служит важной основой для сертификации квалификации поставщиков компонентов
• Контроль качества: Используется для приемочных испытаний партий для обеспечения качества поступающих материалов
• Процесс Оптимизация: Направляет разработку и оптимизацию параметров процесса сварки
• Анализ отказов: Обеспечивает аналитическую основу для отказов, связанных со сваркой

Техническая ценность стандарта

Внедрение этого стандарта принесло значительную техническую ценность отрасли:

1. Единые методы тестирования: Устраняет различия в методах тестирования между разными компаниями, улучшая сопоставимость результатов тестирования
2. Содействие технологическому прогрессу: Способствовало развитию испытательного оборудования и технологий, таких как автоматизированные устройства погружения и системы онлайн-мониторинга.
3. Снижение рисков качества: Благодаря стандартизированному тестированию потенциальные проблемы с надежностью пайки могут быть выявлены заранее.
4. Поддержка международной торговли: Обеспечивает единый эталон оценки качества для мировой торговли электроникой.

Будущее развитие Тенденции

С непрерывным развитием электронных технологий стандарт IEC 60749-15 также столкнется с новыми вызовами и возможностями:

• Миниатюрные устройства: Более мелкие устройства более чувствительны к нагреву при пайке, что может потребовать корректировки параметров тестирования.
• Новые технологии упаковки: Такие как System-in-Package (SiP) и Chip-level Packaging (CSP), которые могут потребовать дополнительных методов тестирования.
• Интеллектуальное производство: Требования к интеграции процессов тестирования с интеллектуальными производственными системами.
• Устойчивое развитие: Влияние требований по охране окружающей среды на материалы и процессы тестирования.

---

Краткое содержание и перспективы

Стандарт IEC 60749-15, как международный стандарт для тестирования термостойкости полупроводниковых устройств к пайке, обеспечивает важную техническую поддержку для электронной промышленности. Выпуск третьего издания отражает последние потребности развития отраслевых технологий, особенно улучшения в точности испытаний, моделировании старения и защите, что делает стандарт более полным и практичным.

Внедрение этого стандарта требует от предприятий создания комплексной системы испытаний, включая конфигурацию оборудования, обучение персонала, оптимизацию процессов и контроль качества.

В связи с быстрым развитием электронных технологий рекомендуется, чтобы соответствующие предприятия: своевременно обновляли испытательное оборудование и методы для обеспечения соответствия последним требованиям стандартов; усиливали сбор и анализ данных испытаний и создавали внутреннюю базу данных; участвовали в разработке и пересмотре стандартов, отражающих реальные потребности предприятий; проводили технический обмен с предприятиями, работающими в смежных отраслях, для содействия скоординированному развитию производственной цепочки. В будущем, с широким применением новых технологий, таких как 5G, Интернет вещей и искусственный интеллект, электронные устройства столкнутся с более жесткими требованиями к условиям эксплуатации и надежности. Стандарт IEC 60749-15 будет продолжать развиваться, играя важную роль в обеспечении качества и надежности электронных изделий. Рекомендуется, чтобы соответствующие предприятия и научно-исследовательские учреждения внимательно следили за развитием стандарта, активно участвовали в международных мероприятиях по стандартизации и совместно способствовали технологическому прогрессу в отрасли.