SMT基础知识丨SMT元器件焊接强度推拉力测试规范及判定标准标准依据：GJB548

文摘科技 2024-10-17 14:38 广东

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干货分享丨SMT元器件焊接强度推拉力测试规范及判定标准&锡膏体积对焊点可靠性的影响

介绍

实验方法

结果与论述

结论及建议

SMT元器件焊接强度推拉力测试规范及判定标准

介绍

体积是如何影响焊接可靠性的?

实验方法PCB表面处理: OSP-HT

元件类型	贴装数量
SOT23	4
SO14	4
PLCC20	2
1206	12
0805	10
0603	10
0402	12

普通激光电抛光钢网，材料:SUS-FG 2-5 µm / 无纳米涂层

锡膏体积	钢网厚度µm (mils)	基于100%开孔设计
125%	102 (4)	开口扩大至125%
100%	102 (4)	原始数据
75%	76 (3)	减少厚度
50%	51 (2)	减少厚度
40%	51 (2)	减少厚度和开孔面积
30%	51 (2)	减少厚度和开孔面积
25%	51 (2)	减少厚度和开孔面积

印刷参数

印刷速度	30 mm/sec
刮刀长度	300 mm
刮刀压力	5.0 kg (0.17 kg/cm)
脱模速度	3.0 mm/sec
脱模距离	2.0 mm

锡膏：免清洗型 SAC305 SP603

炉温曲线Profile

设置窗口	实测结果
浸泡时间 (150 to 200 °C)	70 - 75 sec
TAL (回流时间)	63 – 70 sec > 221°C
峰值温度	243 to 249 °C
曲线时长 (25 °C to 峰值)	4.1 minutes

回流焊:10 温区, 空气炉

制程数据

热循环&拉拔力&剪切力参数

参数	数值
温度区间	-40 to 125°C
上升时间	5 min
保持时间	10 min
循环次数	1000

元件	测试项目	行程速度	间隙
0402	Chip 剪切力	0.5mm/sec	低于元件的1/4宽度
0603	Chip 剪切力	0.5mm/sec	低于元件的1/4宽度
0805	Chip 剪切力	0.5mm/sec	低于元件的1/4宽度
1206	Chip 剪切力	0.5mm/sec	低于元件的1/4宽度
SOT23	0° 引脚拉拔力	0.12mm/sec	~
SO14	90° 引脚拉拔力	0.12mm/sec	~
PLCC20	90° 引脚拉拔力	0.12mm/sec	~

锡膏体积转移率

	钢网
元件	25%	30%	40%	50%	75%	100%	125%
0402	500	600	800	1000	1500	2000	2500
0603	1200	1440	1920	2400	3600	4800	6000
0805	3000	3600	4800	6000	9000	12000	15000
1206	3600	4320	5760	7200	10800	14400	18000
PLCC20	1875	2250	3000	3750	5625	7500	9375
SO14	1875	2250	3000	3750	5625	7500	9375
SOT23	1225	1470	1960	2450	3675	4900	6125
SOT23 L	1750	2100	2800	3500	5250	7000	8750

锡膏的体积目标（所有值的单位都是立方毫英寸）

	钢网
元件	25%	30%	40%	50%	75%	100%	125%
0402	628	777	1000	1076	1709	2197	2752
0603	1556	1884	2379	2484	4026	5616	7589
0805	3601	4355	5692	5402	9805	13884	18638
1206	4825	5951	7448	7455	13097	17087	23845
PLCC20	1861	2510	3210	4330	6519	8502	11150
SO14	2074	2352	3004	4509	6061	8434	14020
SOT23	1402	1772	2184	2662	4034	5487	7151
SOT23 L	2267	2773	3376	4638	6402	8527	9939

实际测量得到锡膏平均体积（所有值的单位都是立方毫英寸）

	钢网
元件	25%	30%	40%	50%	75%	100%	125%
0402	31%	39%	50%	54%	85%	110%	138%
0603	32%	39%	50%	52%	84%	117%	158%
0805	30%	36%	47%	45%	82%	116%	155%
1206	34%	41%	52%	52%	91%	119%	166%
PLCC20	25%	33%	43%	58%	87%	113%	149%
SO14	28%	31%	40%	60%	81%	112%	187%
SOT23	29%	36%	45%	54%	82%	112%	146%
SOT23 L	32%	40%	48%	66%	91%	122%	142%

实际测量得到锡膏的平均转移率（所有值都是基于100%的钢网开口体积）

焊点检查

焊接缺陷检查（标准依据：IPC-A-610 & J-STD-001）

	SO14	SOT23		PLCC20	1206		0805		0603		0402
Stencil		Missing	SB		MCB	SKOP	MCB	SKOP	MCB	SKOP	MCB	SKOP
30%	0%	33%	0%	0%	23%	1%	3%	0%	5%	0%	0%	17%
40%	0%	-	0%	0%	29%	0%	13%	0%	21%	0%	0%	12%
50%	0%	35%	0%	0%	63%	3%	48%	0%	45%	0%	0%	8%
75%	0%	18%	25%	0%	73%	0%	63%	0%	45%	0%	10%	8%
100%	0%	15%	10%	0%	87%	0%	80%	0%	50%	0%	1%	6%
125%	0%	8%	15%	0%	99%	0%	80%	0%	79%	0%	27%	3%

SB = Solder Balls MCB = Mid Chip Beading

SKOP = Skew Off Pad

剪切 & 拉拔强度

剪切&拉拔强度- 原始状态

剪切&拉拔强度- 热循环之后

Chip件金相切片

被动元器件切片-原始状态

被动元件金相切片 – 热循环之后

EDX分析 – PCB焊盘IMC

EDX 分析 – 元件端IMC

IMC 厚度- 原始状态B = PCB Pad端 C = 元件引脚端

IMC厚度 – 热循环之后B = PCB Pad端 C = 元件引脚端

IMC厚度随热循环次数变化而变化

引脚类元件金相切片

引脚类元件的金相切片

引脚类元件的IMC厚度- 原始状态

引脚类元件IMC厚度 – 热循环之后B = PCB Pad端 C = 元件引脚端

IMC 厚度随热循环次数变化而变

焊点强度与转移率的关联性

被动元件焊点强度与转移率的关联性

引脚类元件拉拔强度与转移率的关联性

结果总结

结论和建议*该类型元件无可比较数据

大范围的锡膏体积可以提供可接受的焊点。

锡膏体积较少对可靠性是个挑战。
50%的锡膏体积可以满足被动元件焊点的可接受性，40%的体积可以用于PLCC2O和SO14元件。（SOT23还需要更多的研究）

PCBA组装商可以依据要求和使用的元件类型制定自己的锡膏量标准。

元器件焊接强度推拉力无铅工艺判定标准

(测试依据：GJB 548、JIS Z 3198)

标准解释：

SMT 片式电阻、电容的安装质量，参考依据可使用GJB548检测方法中的（2019芯片剪切强度、GJB548方法2027芯片粘结强度、GJB548方法2030芯片粘接的超声检测和GJB548方法2012X射线照相）等的方法直接进行评价。

其中，GJB548方法 2019芯片剪切强度试验，直接反映片式电阻、电容与基板间的烧接或焊接的质量，即反映电阻、电容端头金属化的质量，或者烧接或粘接工艺控制的质量，或者基板上电阻、电容安装区域金属化表面的质量。

NO	物料名称	检测方式	图片	试验仪器	测试方法	推力标准(Kgf)
1	CHIP 0402	推力		推力计	1、消除阻碍0402元器件边缘的其它元器件; 2、选用推力计,将仪器归零,≤30度角进行推力试验； 3、检查元器件是否脱焊,记录元器件脱焊的数值; 4、≥0.65Kgf判合格。	0.65
2	CHIP 0603	推力		推力计	1、消除阻碍0603元器件边缘的其它元器件； 2、选用推力计,将仪器归零,≤30度角进行推力试验； 3、检查元器件是否脱焊,记录元器件脱焊的数值； 4 、≥ 1.2Kgf判合格。	1.20
3	CHIP 0805	推力		推力计	1、消除阻碍0805元器件边缘的其它元器件； 2、选用推力计,将仪器归零,≤30度角进行推力试验； 3、检查元器件是否脱焊,记录元器件脱焊的数值； 4 、≥2.30Kgf判合格。	2.30
4	CHIP 1206	推力		推力计	1、消除阻碍1206元器件边缘的其它元器件； 2、选用推力计,将仪器归零,≤30度角进行推力试验； 3、检查元器件是否脱焊,记录元器件脱焊的数值； 4、≥3.00Kgf判合格。	3.00
5	SIM卡连接器	拉PIN脚 (六个脚)		拉力计	1、用剪钳消除pin角边缘的塑胶材质部分； 2、选用推力计,将仪器归零,使用专用拉力测试夹具,垂直成90度向上拉起， 3、检查元器件是否拉掉是否脱焊,记录元器件脱焊的数值； 4、≥1.00kgf 判合格。	1.00
6	SIM卡连接器	推力 (六个脚) (左右方向)		推力计	1、消除阻碍SIM卡元器件边缘的其它元器件； 2、选用推力计,将仪器归零,≤30度角(如图所示) 进行推力试验； 3、检查元器件是否破裂,记录元器件破裂的数值； 4、≥ 5.00 Kgf 判合格。	5.00
7	SOT23	推力		推力计	1、消除阻碍SOT23元器件边缘的其它元器件； 2、选用推力计,将仪器归零,≤30度角进行推力试验； 3、检查元器件是否脱焊,记录元器件脱焊的数值； 4、≥2.00Kgf判合格。	2.00
8	SOP5 IC	推力		推力计	1、消除阻碍SOP5 IC元器件边缘的其它元器件； 2、选用推力计,将仪器归零,≤30度角进行推力试验； 3、检查元器件是否脱焊,记录元器件脱焊的数值； 4、≥2.00Kgf判合格。	2.00
9	SOP6 IC	推力		推力计	1、消除阻碍SOP6 IC元器件边缘的其它元器件； 2、选用推力计,将仪器归零,≤30度角进行推力试验； 3、检查元器件是否脱焊,记录元器件脱焊的数值； 4、≥2.00Kgf判合格。	2.00
10	晶体	推力 (两个脚)		推力计	1、消除阻碍晶振元器件边缘的其它元器件； 2、选用推力计,将仪器归零,≤30度角进行推力试验； 3、检查元器件是否脱焊,记录元器件脱焊的数值； 4、 ≥2.50Kgf判合格。	2.50
11	RF连接器	推力 (六个脚)		推力计	1、消除阻碍RF连接器边缘的其它元器件； 2、选用推力计,将仪器归零,≤30度角进行推力试验； 3、检查元器件是否脱焊,记录元器件脱焊的数值； 4、≥3.00Kgf判合格。	3.00

12	微动开关	推力 (两个脚)	推力计	1、检查元器件是否为良品,将元器件平放于平台上； 2、选用推力计,将仪器归零,≤30度角(如图所示) 进行推力试验； 3、检查元器件是否脱焊,记录元器件脱焊的数值； 4,≥5.50 Kgf判合格。	5.50
13	电池连接器	推力 (两个触片/ 两个脚)	推力计	1、消除阻碍弹片式电池连接器元器件边缘的其它元器件； 2、选用推力计,将仪器归零,≤30度角(如图所示) 进行推力试验； 3 、检查元器件脱焊的力,≥8.00 Kgf判合格。	8.00
14	电池连接器	推力 (两个触片/ 三个脚)	推力计	1、消除阻碍电池连接器边缘的其它元器件； 2、选用推力计,将仪器归零,≤30度角(如图所示) 进行推力试验； 3、检查元器件脱焊的力,≥ 3.00Kgf Kgf判合格。	3.00
15	电池连接器	推力 (三个触片/ 五个脚)	推力计	1、消除阻碍电池连接器边缘的其它元器件； 2、选用推力计,将仪器归零,≤30度角(如图所示) 进行推力试验； 3、检查元器件破裂的力,≥ 3.00 Kgf 判合格。	3.00
16	电池连接器	推力 (3PIN刀片式)	推力计	1、消除阻碍电池连接器边缘的其它元器件； 2、选用推力计,将仪器归零,≤30度角(如图所示) 进行推力试验； 3、检查元器件破裂的力,≥ 6.00 Kgf 判合格。	6.00
17	耳机插座	推力(小)从插孔处向后推备注：没有定位孔	推力计	1、消除阻碍耳机插座元器件边缘的其它元器件； 2、选用推力计,将仪器归零,≤30度角(如图所示) 进行推力试验； 3、检查元器件脱焊的力,≥ 8.00 Kgf 判合格。	8.00
18	耳机插座	推力(小)从后向插孔处推备注:没有定位孔	推力计	1、消除阻碍耳机插座元器件边缘的其它元器件； 2、选用推力计,将仪器归零,≤30度角(如图所示) 进行推力试验； 3、检查元器件脱焊的力,≥ 8.00 Kgf 判合格。	8.00
19	USB插座	推力按照充电插拔方向推(有定位柱)	推力计	1、将测试主板固定好,避免出现测试时有晃动现象。 2、选用推力计,将仪器归零,≤30度角(如图所示) 进行推力试验； 3、检查元器件脱焊的力,≥6.00 Kgf 判合格	6.00
20	USB插座	推力按照充电插拔方向推(无定位柱)	推力计	1、将测试主板固定好,避免出现测试时有晃动现象。 2、选用推力计,将仪器归零,≤30度角(如图所示) 进行推力试验； 3、检查元器件脱焊的力,≥5.00 Kgf 判合格	5.00
21	T-Flash卡座	推力按T-Flash卡插拔方向推	推力计	1、将测试主板固定好,避免出现测试时有晃动现象。 2、选用推力计,将仪器归零,≤30度角(如图所示) 进行推力试验； 3、检查元器件脱焊的力,≥5.5Kgf 屏蔽罩无变形判合格	5.50

1 检查项目：

上锡性；

焊点判定基准

l 焊锡部的焊锡脱落，针孔的面积要在整个焊锡面积的20%以下。

2-1 检查项目：

排列区封装接合状态规定；(1)VOID的规定

焊点判定基准：

l 有关BGA、CSP、LGA等的区域型封装，对焊锡接合部的VOID的占有率进行规定。VOID要用X线检查机从封装的正上方进行观察，通过计算VOID面积对焊锡接合部的占有率来算出。VOID在30%以内的为良品。

2-2 检查项目：

排列区封装接合状态规定；(2)接合部规定

焊点判定基准：

l 用X线将对象接合部倾斜30~60°进行观察，应用以下规格。

l 焊锡BUMP部尺寸：ｂ≧ａ、ｃ≧75ｕｍ

Underfill：要形成Side Fillet。

至于尺寸则要对应各模块的规定，每次都要进行规定。

3-1 检查项目：剥离强度

（1）剥离强度

焊点判定基准：

1.适用范围

这是对FPC的SMT模组的CHIP部品的剥离强度规格所做的规定。

2.剥离强度规格

SMT贴装后，在常温常湿下用推拉力计或剥离测试仪进行测定。

下述以外的部品的强度根据客户要求不同要分机种运用。

3.剥离模式规格

有关测定后的FPC上的部品破坏模式规定如下：

良否判定基准：在满足剥离强度的情况下,剥离模式①~④为良品。

剥离强度比规定值低时，剥离模式为①②时为良品，③④时，根据解析的结果和相关人员协商后决定。

4.测定频度

测定频度要根据每个机种来设定。

5.测定方法

如下图所示，将推拉力计的头顶在部品侧面，以适当的速度去推，读取测定值。如果使用剥离测试规时，也要和下面采取同样的方向加压力进行强度测定。

3-2 检查项目：Pull强度

（1）Pull强度

焊点判定基准：

1．适用范围

　这是对PWB的SMT模块上的贴装部品的Pull强度规格进行的规定。

2．剥离强度规格

另外，关于以下以外的部品的强度要根据客户要求按不同机种进行应用。

部品种类	Pull强度
QFN	1.0KgF以上
CHIPC2125尺寸~	0.75KgF以上
EEPROM,VR,LED	0.5KgF以上
CHIP C 1608尺寸~	0.5KgF以上
二极管	0.3KgF以上
CHIP C,R 1005尺寸	0.25KgF以上
BGA，CSP	0.3KgF/mm²以上

＊关于BGA，CSP由于机种不同所以Land开口直径·PIN数不同，所以按每单位面积的值来进行规定。另外，对PIN在200以上的BGA等进行个别设定的情况下，则要遵照此表。

3．剥离模式规格

与前页推力强度剥离模式相同。

4．测量频率

关于测量频率是按每机种进行设定。

5．测量方法

SMT贴装后，在常温常湿下用推拉力计如下图那样，用粘着剂将线固定在部品顶面中心部，然后等速地垂直向上拉，测量强度（Pull）强度。

3-3 检查项目：Ball Pull 强度（参考）

（1）Ball Pull 强度（参考）

焊点判定基准：

1．适用范围

　根据评估PWB表面处理等在PWB的BGA，CSP等Ball Pad部不贴装部品，而进行贴装焊锡Ball，简单地对确认接合强度的Ball Pull强度规格进行规定。　

2．剥离强度规格

l 由焊锡（Sn-Ag-Cu）本身的拉力强度值来进行规定。

部品种类	Ball Pull强度（每个Ball Pull)
BGA，CSPBall Pad部	2.5KgF/mm²以上

＊关于BGA，CSP由于机种不同所以Land开口直径·PIN数不同，所以按每单位面积的值来进行规定。

3．剥离模式规格

关于测量后FPC上的部品破坏模式将如下进行规定。

模式	状态	良否
①焊锡破坏	断裂面为焊锡银色	OK
②基板焊盘破坏	每个部品焊盘都剥离	※
③合金层破坏	断裂面呈黑色。（合金层的界面剥离）	※

良否判定标准：满足Ball Pull强度的情况下，剥离模式为①～③的则为良品。

：Ball Pull强度低于规定值的情况下，剥离模式为①时作为良品，为②，③时要根据解析调查结果与相关人员协商之后再进行决定。

4．测量频率

关于测量频率是按每机种进行设定。

5．测量方法

如下图，在贴装了焊锡Ball后，在常温常湿下用Tool夹住Ball，等速向上拉，并测量BallPull强度。

3-4 检查项目：PEEL强度

（1）PEEL强度

焊点判定基准：

1.适用范围

这是对FPC的SMT模组的CHIP部品的PEEL强度规格所做的规定。

2.剥离强度规格

SMT贴装后，在常温常湿下用推拉力计或剥离测试仪进行测定。

所有部品的PEEL强度规格都要满足0.5kgf/mm²以上的规格。

3.剥离模式规格

和前一页的剥离测试规相同。

4.测定频度

测定频度要根据每个机种来设定。

5.测定方法

① 如上图所示，将FPC弯折90°，将测定部品夹到治具中固定。

② 用推拉力计夹住FPC边缘，以等速度来抬起。

③ 测定强度要在0.5kgf/mm²以上。（将测定部品焊盘部换算为单位面积接触的强度。）

PEEL强度单位面积换算 kgf/mm²

例）将FPC边缘向这一方向拉，测定值为0.6kgf时

F=测定值（kgf）/测定焊盘面积（mm²）=0.6/（0.33*0.78）=0.58＞0.5

项目1：常数的确认

（1）常数的确认

遵守事项：

l 为了防止贴装时的误贴装，一定要按机种进行贴装坐标、部品的极性和部品的对照，并留下记录。

[作成确认表，每次机种转换时，由负责人进行确认]

项目2：常数的确认

（2）常数的确认

遵守事项：

l 在贴装时进行部品的交换和补充时，一定要对照部品名和部品Code后再进行部品的交换、补充。[作成部品交换履历表并运用]。

① 贴装机的显示屏显示和部品表间的对照以及和装置部品间的对照，确认。

② 部品交换、补充方向的确认。

有极性方向指定的部品（LED、Diode、IC、钽电容、Tr、电解电容等）要将部品的标志或部品托盘的角部方向对好Set。

利用部品构成表以及贴装图进行贴装部品的对照，并留下记录。

项目3：回流炉炉温曲线

（3）回流炉炉温曲线

遵守事项：

l 因为回流炉炉温曲线根据所使用的焊锡材料、部品的热容量不同会有偏差，所以一定要按照机种以及1次/日的频度确认条件并留下记录。

项目4：焊锡检查工程

（4）焊锡检查工程

遵守事项：

工程管理负责人确认没有问题后，要在确认表上盖章或签字。

l 该工程要检查焊锡的完成状态以及部品的极性。

关于部品的极性要和每个机种的作业基准书实施比较。

l 焊锡检查要按工艺要求统一使用AOI+电子显微镜+X-ray进行检查。

项目5：CHIP电阻背面贴装

（5）CHIP电阻背面贴装

遵守事项：

l CHIP电阻器因为是在陶瓷BASE上印刷导电性印油，Trimming过的部品，所以原则上禁止进行背面贴装。

项目6：锡膏的印刷

（6）锡膏的印刷

遵守事项：

①锡膏印刷钢网的清扫要以1次/6sheet的频度实施，以防止锡飞散。

②含有CSP贴装的情况，要全数实施使用SPI贴装部分的印刷面积检查（90%以上）。

③锡膏的印刷质量要使用SPI实时进行SPC数据检查；（SPC）

锡膏的印刷厚度要以2次/日的频度进行离线检查并留下记录。（CSP实施）

※ 锡膏印刷面积低于管理基准时或者是锡膏膜厚没有进入到81~205μm的基准内时，要进行钢网清扫和印刷刮板的压力等调整，采取对策。

※ 生产条件无法调整时，要向管理者报告实施对策。

项目7：CSP导通检查

（7）CSP导通检查

遵守事项：

在CSP导通检查工位，最开始进行过有无极性错误的检查后，再实施电气上的导通检查。

每个机种的接续的电阻值都不同，要注意。

为了使测试PIN不会对线路上造成伤，要使用前端有圆状的PIN。

接续电阻值根据测定机器不同会有所偏差，所以要活用良品、不良品样本，进行测定机器间的误差补偿。

项目8：贴片机运转时的注意事项

（8）贴片机运转时的注意事项

遵守事项：

①在自动机的动作状态下发生了错误时，要按照各个设备的修复程序采取行动。

②如果连续发生贴装失误时，要进行装置的保养并采取对策。

③因为部品贴装工位是连动的，各个设备都在动作，所以要注意不要轻易地打开安全开关。

④进行过交换（补充）部品的贴装初期品一定要进行检查，确认没有错误。

完结——以下无正文

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