无惧高温--降低无铅SMT组装对连接器外壳树脂影响的方法 - 文章

无惧高温--降低无铅SMT组装对连接器外壳树脂影响的方法

作者：John J. McMullan 来源：PT现代塑料

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在这一阶段，无铅焊料要求的液线温度更高，这可能会对连接器的绝缘外壳产生深远影响。目前采用的一些材料可能变形（熔化）或者在侧壁出现分层的迹象，也称为“出现气泡”（如图1和2所示）。暴露温度高于外壳树脂的熔点温度或者热变形温度会导致材料熔化，而SMT高温下迅速出现的水分溢口又会引发分层现象，这里的SMT高温指印刷电路板（PCB）级别的245℃至260℃。

图1和2.当连接器暴露于焊料回流的高温环境下时，
封闭在塑料连接器壁内部的水分和其它气体的蒸气
压迅速增大。当蒸气压超过连接器壁的强度时，蒸气
压冲开一个溢口／出口就发生了分层。这种分层通
常称为“气泡”。

对于连接器外壳所用的大多数耐高温工程树脂而言，避免出现气泡的关键在于控制水分。亚洲的许多OEM已经在最近几年转向采用无铅焊料工艺，正是由于这个原因，所以它们要求将连接器包装起来以尽量减小水分吸收。一家公司*已经着手进行一项旨在评估当前包装技术的研究，并以此测定这些包装技术在水分控制方面的效果。

为确保此项研究的适用性，采用了IPC/JEDEC J-STD-020B，“非密封固态表面贴装器件湿度／回流焊敏感度分类（Moisture/Reflow Sensitivity Classification for Nonhermetic Solid State Surface Mount Devices）”和Sony的SS-254，“电子元件、无铅焊接部件测试方法设计标准”来定义待测注射成型部件的全负载测试参数。

这些标准包括几个暴露状态，这些状态由一定温度下的相对湿度和时间进行定义，同时标准还使用一个无铅回流曲线来得到250℃（0-5℃）的表面温度。峰值炉温超过300℃时通常会产生此表面温度（表1）。

IPC/JEDEC J-STD-033A，“对湿度／回流焊敏感表面贴装器件的处置、包装、装运和使用标准（Standard for Handling, Packing, Shipping and Use of Moisture/Reflow Sensitive Surface Mount Devices）”包装要求被用作测试水分控制效果的准则。基板组装商已经开始关注对较昂贵IC的处理，却没有对基板连接器采取类似的预防措施。但是前面列出在这些高温炉环境下的连接器问题也会导致基板返修。

水分吸收

如果注意避免／减缓水分吸收，使其低于产生气泡的水分含量，许多目前使用的高温树脂仍然可以用于无铅焊料表面贴装组装。产生气泡的温度取决于多种因素，包括壁厚、部件内的湿度百分比、连接器受热速度以及回流过程的峰值温度。

出现气泡前峰值温度越高，水分含量就越低。无铅焊料使得峰值温度变得更高，也就意味着将出现更多的气泡。

防潮

任何避免成型部件接触高温／高相对湿度环境的预防措施，包括尽可能减少它们与这些环境的接触时间，都会延长部件的保存期限并使这些部件出现气泡的可能性尽量降低，另外还提高了产生气泡所需的温度。

由于大多数非LCP连接器都属于IPC/JEDEC J-STD-020B MSL标准中2至5a类别，要求遵守IPC/JEDEC J-STD-033A标准的包装包括防潮袋（MBB）、干燥剂、潮湿敏感标识标签（MSIL）和一个警告标签。连接器外壳出现气泡的关键参数是控制成型部件中的水分吸收。

防潮袋

在IPC/JEDEC J-STD-033A标准中对防潮袋的定义是“旨在限制水汽透过并用来包装湿敏器件的袋子”。水汽透过率（WVTR）用来衡量这些袋子限制透水汽性的效果。

该公司已经分析了可用于包装连接器的几种防潮袋，并基于WVTR级别提出了一些建议（见表2）。高密度聚乙烯（HDPE）袋子较低密度聚乙烯（LDPE）袋子更适合防止水分进入。

可以通过一个试验来说明，其中将材料为30%增强玻璃纤维阻燃型树脂**的SCSI连接器（10公斤重）包装在推荐的塑料袋中，表面积为1平方米。将它们放置在两种不同的储存条件下：一种是26℃／65%RH，另一种是35℃／90%RH。

在260℃峰值温度无铅焊料条件下，许多高温树脂出现气泡的水分含量约等于1.5 wt%。表3表示当储存在东南亚一间装有空调的仓库中时（条件1），即使测试所用的是最薄的LDPE袋子也能提供足够的防潮保护，从而使袋内的连接器可保持在90天内不会出现水泡。使用稍厚些的LDPE或者其它两种HDPE厚度中的任何一种都可以使储存时间充分延长。

若包装的连接器暴露在自然环境中（条件2），则只有HDPE袋子能提供真正的安全系数，而且只有100 μm厚的袋子才能保证90天无气泡出现的储存期。

干燥剂

按照IPC/JEDEC J-STD-033A标准，如果部件的MSL高于1，则要求将干燥剂作为包装这些部件时的一个不可缺少的部分。

使用硅胶和湿敏连接器（MSL > 1）验证了干燥剂与MBB的共同效果。这项测试中使用了两种不同厚度的MBB（0.06和0.2 mm）以及11 g（≈1/2 单位）硅胶。将连接器暴露在35℃，90% RH的环境下。结果（图3）表示在防潮袋中加入干燥剂非常有效，因为干燥剂会吸收／延缓连接器最初的水分吸收。

图3. 干燥剂对被包装连接器的吸湿效果

根据IPC/JEDEC J-STD-033A规范，干燥剂必须满足MIL-D-3464，TYPE II标准。经批准的干燥剂包括粘土和硅胶。对于装运连接器（散装或成卷）使用的标准MBB尺寸，要求干燥剂剂量少于两个单位。

湿度分析

若采取了所有的吸湿预防措施，但在SMT组装过程中连接器仍表现某种程度的分层，则应测量部件中的水分含量以确定焊接时连接器不出现气泡所需要的步骤。

该公司比较了三种水分测量技术：卤素水分分析仪，滴定***和水蒸汽测量法。

所用测试样本是前一天晚上已浸泡在水中并24小时置于40℃，95%RH环境中用来吸收较高水分含量的智能媒体卡连接器。

这三种技术测量得到的部件中的湿度百分比都差不多。但从易于使用的角度看来，最好的是卤素水分分析仪。

预先焊料烘干

与锡铅焊料曲线相比，由于水分解吸速率和温度的直接关系，无铅焊料曲线中典型的较高预热温度为避免壁厚度更薄的部件出现气泡提供了更多安全保障。

对于能够承受无铅SMT加工热量的塑料树脂，建议采用120℃的烘干温度来烘干部件，以免出现气泡。

结束语

无铅SMT焊接需要的温度较高使得许多当前使用的连接器外壳树脂发生变化，这些树脂将熔化、导致引脚脱落或者不能满足尺寸稳定性要求。为了在无铅SMT组装中继续使用非LCP树脂，连接器行业可以使用已建立并接受的IPC/JEDEC标准开发新的处理要求。

◆DSM Engineering Plastics.
◆Stanyl PA46.
◆ Karl Fisher.

Thea Trilsbeek
DSM Engineering Plastics
电邮: thea.trilsbeek@dsm.com
电话: +31 46 477 3176
传真: +31 46 477 3959 (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (12/21/2004)


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