Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 7699-2-44:2007 Thử nghiệm môi trường - Phần 2-44: thử nghiệm T: Hàn thiếc

• Số hiệu: TCVN7699-2-44:2007
• Loại văn bản: Tiêu chuẩn Việt Nam
• Nơi ban hành: ***
• Người ký: ***
• Ngày ban hành: Năm 2007

Chất hàn	Dây thiếc có thành phần xấp xỉ eutecti
Dải nhiệt độ gia công	Mỏ hàn 230^oC đến 300^oC Bể hàn hoặc sóng hàn 230^oC đến 260^oC Giai đoạn hóa hơi 210^oC đến 260^oC Hồng ngoại 200^oC đến 280^oC
Thời gian chịu nhiệt	Mỏ hàn 1 s đến 5 s Bể hàn hoặc sóng hàn 3 s đến 5 s Giai đoạn hóa hơi 20 s đến 60 s Hồng ngoại 30 s đến 60 s

Các điều kiện này xuất phát từ sự sắp xếp theo kinh nghiệm giữa các ứng suất cao (nhiệt độ cao hoặc phơi nhiễm thời gian dài), thường cải thiện khả năng bám thiếc nhưng làm giảm chất lượng linh kiện, còn ở ứng suất thấp (phơi nhiễm ngắn, hoặc nhiệt độ gần đường biểu diễn pha lỏng của chất hàn), các linh kiện chịu được nhưng lại khó hàn hơn hoặc gây nghi ngờ về chất lượng (tạo ra “mối nối nguội”).

Các điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn hóa cũng tính đến hiện tượng này; do đó, sử dụng nhiệt độ bằng 235^oC đối với thử nghiệm khả năng hàn (Ta) trong khi thử nghiệm về khả năng chịu nhiệt hàn (Tb) được tiến hành ở 260^oC. Thời gian nhúng hoặc thời gian tiếp xúc là như nhau. Điều này đảm bảo rằng linh kiện trải qua các thử nghiệm tiêu chuẩn sẽ chịu được dải ứng suất mà nó có thể gặp phải trong thực tiễn lắp ráp.

Vấn đề này trở nên phức tạp do thực tế có sự khác nhau trong một lô, giữa các lô hoặc các linh kiện giống nhau trên danh nghĩa.

Điều này có nghĩa là các giá trị có được do thử nghiệm trên một linh kiện không thể được lấy là điển hình cho các linh kiện khác trong một lô hoặc của các lô khác. Vì các thử nghiệm có thể yêu cầu thời gian chính xác và có thể là thử nghiệm phá hủy, kết quả của một hoặc vài lô có thể chỉ là đánh giá thống kê.

Xử lý thống kê các thử nghiệm khả năng hàn của linh kiện là vấn đề cơ bản mà người biên soạn, người sử dụng quy định kỹ thuật và người thực hiện thử nghiệm phải ghi nhớ.

Các tiêu chuẩn IEC 60068-2-20, IEC 60068-2-54, IEC 60068-2-58 không đề cập đến vấn đề này mà chỉ quan tâm đến các thử nghiệm được thực hiện như thế nào. Tầm quan trọng của thống kê các kết quả thử nghiệm là một yếu tố thuộc quy định kỹ thuật của linh kiện cụ thể.

Xử lý thống kê phát sinh khi đề cập đến khả năng áp dụng các kết quả thử nghiệm, cụ thể là với mức tin cậy được ấn định cho chúng (xem điều 9).

Với thử nghiệm khả năng chịu nhiệt hàn, cần sử dụng chất tẩy sạch hoạt hóa để bám thiếc nhanh, do đó, tốc độ gia nhiệt của linh kiện cần thử nghiệm càng nhanh càng tốt.

Các lưu ý trong các đoạn trên liên quan đến việc chọn chất hàn và nhiệt độ dùng đồng nhất cho các thử nghiệm khả năng chịu nhiệt hàn. Khi thử nghiệm linh kiện có yêu cầu nhiệt lớn, điều đặc biệt quan trọng là đảm bảo rằng nhiệt độ đạt được không nhỏ hơn 40^oC so với đường biểu diễn pha lỏng của chất hàn. Bể chứa chất hàn của phương pháp 1 có kích cỡ đủ để đảm bảo rằng nhiệt độ được duy trì có hiệu quả.

...

...

...

7. Thử nghiệm khả năng bám thiếc

7.1. Nguyên tắc chung

Mục đích của các thử nghiệm này là tạo liên kết giữa linh kiện và chất hàn trong các điều kiện có khống chế sao cho chất lượng bám thiếc có thể được đánh giá theo tiêu chí xác định. Về cơ bản, thử nghiệm thời gian hàn được ước tính là thời gian yêu cầu để góc tiếp xúc giảm đến góc thấp nhất như nhau tại tất cả các điểm trên đường biên hàn. Trong một số thử nghiệm, điều kiện này được đánh giá chỉ bằng cách xem xét bằng mắt. Trong các thử nghiệm khác, thời gian được đo. Các thử nghiệm định lượng đầy đủ là các thử nghiệm trong đó đo cả thời gian và lực tác dụng lên mẫu bằng sức căng bề mặt của chất hàn.

Với tiếp xúc kéo dài, trong các trường hợp nhất định, góc tiếp xúc có thể tăng theo và chất hàn không bám lên bề mặt mẫu. Hiện tượng này được gọi là mất khả năng bám thiếc. Có một số phương pháp thử nghiệm để kiểm tra hiện tượng mất khả năng bám thiếc. Trong trường hợp nghi ngờ có khả năng có hiện tượng mất khả năng bám thiếc, quy định kỹ thuật liên quan cần yêu cầu có phương pháp này.

Có các phương pháp thử nghiệm dưới đây:

- thử nghiệm bằng bể hàn (xem 7.2) dùng cho các chân linh kiện; thử nghiệm định tính;

- thử nghiệm bằng mỏ hàn (xem 7.3) dùng cho các chân linh kiện mà các thử nghiệm khác là không thích hợp; thử nghiệm định tính;

- thử nghiệm bằng hạt nóng chảy (xem 7.4) dùng cho sợi dây tròn, đo thời gian bám thiếc;

- thử nghiệm nhúng xoay (xem 7.5) dùng cho cuống tấm mạch in, đo thời gian bám thiếc và mất khả năng bám thiếc;

...

...

...

- thử nghiệm nhúng trong chất hàn (xem 7.7 và IEC 60068-2-58) dùng cho linh kiện lắp ráp bề mặt; thử nghiệm định tính;

- thử nghiệm cân bằng vi bám thiếc (đang xem xét) dùng cho linh kiện lắp ráp bề mặt; thử nghiệm định lượng.

Tiêu chuẩn này cũng nêu hướng dẫn về áp dụng thử nghiệm lão hóa gia tốc (xem 8.3).

Người biên soạn quy định kỹ thuật phải đảm bảo rằng trình tự thử nghiệm khi thử nghiệm chấp nhận kiểu được sắp xếp sao cho:

a) ví dụ, việc hàn để tiến hành phép đo ban đầu không được thực hiện trước thử nghiệm khả năng bám thiếc;

b) lão hóa có khả năng ảnh hưởng đến khả năng bám thiếc, ví dụ có thể xảy ra trong điều kiện ổn định trước ở nhiệt độ cao, không được thực hiện trừ khi có yêu cầu trong quy định kỹ thuật của linh kiện;

c) bề mặt của chân linh kiện không bị hư hại trước khi hàn;

Vì vậy, thử nghiệm khả năng bám thiếc phải được đặt trước tiên trong bất kỳ trình tự thử nghiệm nào.

Các phòng ngừa chung dưới đây áp dụng cho tất cả các phương pháp thử nghiệm khả năng hàn:

...

...

...

b) để tránh nhiễm bẩn mẫu trong quá trình vận hành, nên sử dụng kẹp;

c) nếu các chân linh kiện cần được kéo thẳng trước khi thử nghiệm thì phải được kéo thẳng sao cho không gây nhiễm bẩn hoặc để lại vết trên bề mặt.

7.2. Thử nghiệm dùng bể hàn

Thử nghiệm này được thể hiện theo hai dạng, một dạng dùng cho các sợi dây và các chân linh kiện có mạ ở đầu và dạng còn lại dùng cho tấm mạch in. Bể thử được quy định có các kích thước sao cho nhiệt độ của chất hàn không giảm thấp đáng kể trong suốt quá trình nhúng.

Quy trình của phương pháp 1 được đơn giản hóa rất nhiều vì nếu nó được quy định độ chính xác quá cao thì sẽ có dải ứng dụng rất hẹp. Phương pháp này được thiết kế cho các chân linh kiện có mạ ở đầu, mặc dù hình dạng tuy không thích hợp đối với thử nghiệm hạt nóng chảy nhưng được thiết kế để hàn bằng bể hàn.

Các vấn đề liên quan đến hình học không nảy sinh trong trường hợp tấm mạch in và vì vậy, các điều kiện thử nghiệm có thể được quy định chặt chẽ hơn. Độ sâu nhúng tấm mạch này được giới hạn khắt khe để đảm bảo dòng chất hàn nóng chảy đi vào qua các lỗ xuyên của tấm mạch in là do chảy loãng mà không phải do áp suất chất lỏng.

7.3. Thử nghiệm bằng mỏ hàn

Phương pháp này được duy trì để đánh giá khả năng bám thiếc được thực hiện trên các chân linh kiện mà không thể thử nghiệm được bằng phương pháp bể hàn hoặc phương pháp hạt nóng chảy. Các trường hợp điển hình là sợi dây tráng men hàn được, đối với dây này thì nhiệt độ ở các phương pháp khác là quá thấp và các linh kiện có chân có mạ ở đầu không thích hợp với phương pháp bể hàn mà chỉ có thể hàn bằng mỏ hàn.

Trong một số trường hợp, thử nghiệm bằng mỏ hàn nhạy với nhiệt độ và vì thế, kết quả có liên quan đến nhu cầu nhiệt của linh kiện. Các yếu tố này cũng áp dụng cho quá trình hàn sản phẩm, nhưng cần tính đến các yếu tố này khi thiết lập các quy định kỹ thuật cho linh kiện. Cũng cần lưu ý rằng chất tẩy hoạt hóa, cho thời gian hàn ngắn hơn nhiều, thường được sử dụng để hàn sản phẩm.

...

...

...

7.4. Thử nghiệm hạt nóng chảy

7.4.1. Thử nghiệm hạt nóng chảy đối với sợi dây và chân linh kiện có mặt cắt tròn

Thử nghiệm này thích hợp cho sợi dây có đường kính từ 0,1 mm đến 1,2 mm.

Mẫu là sợi dây cần thử nghiệm đã được tẩy sạch và sau đó đặt nằm ngang vào một hạt chất hàn nóng chảy sao cho nó chia đôi hạt nóng chảy này. Thời gian để sợi dây đi hết độ cao của hạt phải sao cho sự hợp nhất của hạt nóng chảy bên trên sợi dây không thể diễn ra mà sợi dây không bám thiếc. Độ cao của hạt nóng chảy hàn được khống chế bằng cách sử dụng các viên thiếc có khối lượng đã biết, đặt trên bề mặt của một mỏ hàn hình trụ có đường kính bằng 4 mm được quấn xung quanh bởi một bề mặt bằng nhôm (không bám thiếc). Nhôm cũng dùng để ổn định nhiệt cho trụ này.

Mặt trên của trụ phải được giữ cho chất hàn bám đều. Khi ngắt nguồn cung cấp nhiệt để kết thúc thử nghiệm, khối gia nhiệt phải được để nguội với hạt nóng chảy ở đúng vị trí để ngăn ngừa mất tính bám thiếc và oxy hóa bề mặt mỏ hàn.

Trong trường hợp có nghi ngờ, cần kiểm tra tất cả các viên thiếc sử dụng trong thử nghiệm xem có nằm trong phạm vi ± 10 % khối lượng bình thường của nó.

Trong quá trình thử nghiệm, bề mặt mỏ hàn phải được giữ rất sạch. Chất tẩy không được có dạng sền sệt do bay hơi dung môi. Lượng chất tẩy sử dụng không được quá lớn gây ra nhỏ giọt dưới dạng dây ở nhiệt độ của hạt nóng chảy.

Mỗi hạt nóng chảy phải sạch và bóng, và phải sử dụng hạt nóng chảy có kích thước phù hợp với đường kính sợi dây.

Sợi dây phải chia đôi hạt nóng chảy một cách chính xác; nếu lệch tâm đáng kể thì kết quả phải được xem là không hợp lệ.

...

...

...

Thời điểm bắt đầu phải chịu một số yếu tố không xác định nếu tốc độ tiến vào chậm, do độ cao của hạt nóng chảy thay đổi từ 0,9 mm đối với cỡ 50 mg đến 2,3 mm đối với cỡ 200 mg (sử dụng đầu hàn 4 mm). Cũng có độ không đảm bảo đo nào đó tại thời điểm kết thúc khi sử dụng bộ hẹn giờ điều khiển bằng tay, do sự khác nhau về thời gian đáp ứng của người thao tác. Biên độ của các sai số này là không đáng kể khi thử nghiệm chấp nhận.

7.4.2. Thử nghiệm hạt nóng chảy đối với các chân linh kiện có mặt cắt không tròn

Thử nghiệm này có thể được sử dụng cho các chân linh kiện có mặt cắt đa giác có hình dạng bất kỳ, nhưng chủ yếu dùng cho mặt cắt hình chữ nhật. Có thể có bavia ở các mép của chân linh kiện nếu bavia của chúng vượt quá một phần mười chiều dày của chân linh kiện thì được xem như tạo thành mặt lõm theo mặt cắt.

7.5. Thử nghiệm nhúng xoay

Xem IEC 249 và IEC 326-2.

7.6. Thử nghiệm cân bằng bám thiếc

Thử nghiệm này nhằm đánh giá định lượng của hiệu lực bám thiếc là hàm số theo thời gian đối với toàn bộ quá trình bám thiếc, để chọn cấp bám thiếc cần xác định như các mức chấp nhận trong quy định kỹ thuật của linh kiện.

Hướng dẫn đầy đủ đối với thử nghiệm này được nêu trong mục 3 của tiêu chuẩn này.

7.7. Khả năng hàn, khả năng chịu hòa tan lớp mạ kim loại và khả năng chịu nhiệt hàn của linh kiện lắp ráp bề mặt (SMD). IEC 60068-2-58: Thử nghiệm Td.

...

...

...

Về nguyên tắc, các thử nghiệm khả năng hàn về định lượng và khách quan được ưu tiên hơn các thử nghiệm khả năng hàn về định tính và chủ quan. Quy định kỹ thuật này dùng để kiểm tra định tính của linh kiện lắp ráp bề mặt được chuẩn bị như một phương thức tạm thời, trong lúc xác định quy trình định lượng.

Giới hạn

Trong trường hợp mẫu có các chân linh kiện được mạ thiếc tinh khiết, có thể kết quả không phù hợp với kết quả của thử nghiệm nhúng ở 235^oC và thực hiện theo các phương pháp hỗn hợp, ví dụ như hàn thiếc pha hơi, có nhiệt độ thấp hơn điểm nóng chảy của thiếc nguyên chất. Việc lựa chọn thử nghiệm ở 215^oC là để sử dụng cho trường hợp này.

Chọn mức khắc nghiệt

1) Nhúng trong 2 s ở 235^oC và 10 s ở 260^oC

Các điều kiện này là các điều kiện bình thường dùng cho thử nghiệm bám thiếc và khả năng chịu nhiệt hàn tương ứng.

Cần chú ý rằng, khi đánh giá tính bám thiếc sau khi nhúng thì phương pháp này không nêu phép đo tốc độ bám thiếc; tuy nhiên, phương pháp này chứng tỏ có đạt được bám thiếc đủ trong thời gian quy định hay không.

Quy định kỹ thuật liên quan có thể quy định cấp chịu nhiệt hàn thấp hơn bằng cách quy định thời gian nhúng bằng 5 s.

2) Nhúng trong 3 s ở 215^oC

...

...

...

3) Nhúng trong 30 s ở 260^oC

Với hàn nhúng sóng, tốc độ hòa tan của kim loại mạ nhanh hơn nhiều so với hàn nhúng tĩnh. Sau khi hàn nhúng sóng, chảy ngược hoặc giai đoạn bay hơi khi hàn, mẫu có thể phải chịu hàn bằng mỏ hàn tiếp theo để đắp lên hoặc để sửa chữa. Nhúng ở nhiệt độ cao trong thời gian khá dài có thể được quy định cho thử nghiệm chống hòa tan kim loại mạ trong thiếc nóng chảy.

Quy định kỹ thuật liên quan có thể quy định cấp chống hòa tan thấp hơn bằng cách quy định thời gian nhúng bằng 10 s hoặc 20 s.

4) Tư thế nhúng

Khi thử nghiệm khả năng chịu nhiệt hàn, các mẫu có kích thước lớn, dẹt (ví dụ, giá đỡ bằng gốm mỏng), nếu nhúng theo mặt phẳng thẳng đứng thì sẽ không phải chịu građien nhiệt qua bề dày của chúng mà chúng phải chịu trong quá trình hàn thực tế. Trong trường hợp này, người soạn quy định kỹ thuật nên chọn tư thế B (tư thế nổi). Phân biệt giữa các mẫu có kích thước khác nhau bằng cách thay đổi thời gian nhúng là không thỏa đáng.

8. Giải thích các điều kiện thử nghiệm

8.1. Phân loại

Hình 1 chỉ ra các phần và phương pháp khác nhau có trong thử nghiệm T và mối quan hệ giữa chúng với nhau.

...

...

...

Phương pháp 1A (bể hàn ở 260^oC), phương pháp 1B (bể hàn ở 350^oC), phương pháp 2 (mỏ hàn ở 350^oC) bản thân chúng không phải là phương pháp thử nghiệm, chúng tương tự như phơi nhiễm khí hậu trước các thử nghiệm về các đặc tính như đặc tính điện và độ cứng vững của các chân linh kiện. Chúng không bao gồm các quy trình để thử nghiệm “khả năng chịu ứng suất cơ trong quá trình hàn”.

8.2. Chọn vật liệu thử nghiệm

Chọn chất hàn

Vì hầu hết các mối hàn trong thiết bị điện và điện tử được tạo thành bằng chất hàn thường có chứa 60 % thiếc và 40 % chì, hợp kim này được chọn đối với tất cả các thử nghiệm. Thực nghiệm cho thấy độ tinh khiết đạt đến giá trị lớn nhất liệt kê trong Phụ lục B của IEC 60068-2-20 thì không ảnh hưởng đến khả năng bám thiếc của hợp kim này.

Chọn chất tẩy

Phần lớn các mối hàn trong thiết bị điện và điện tử được thực hiện là có sử dụng chất tẩy có chứa nhựa thông (đã pha chế hoặc tự nhiên), thường thêm hoạt chất để cải thiện khả năng bám thiếc của chất tẩy nóng chảy hoặc tăng tốc độ làm hòa tan oxit kim loại. Các chất tẩy hoạt tính có thể làm cho thời gian hàn rất ngắn. Thông thường, chúng là các chất có đăng ký độc quyền có thành phần không được tiết lộ. Để tránh các khó khăn khi quy định thời gian hàn đối với từng loại chất tẩy hoạt tính và kể cả các điều kiện xấu nhất, ưu tiên sử dụng nhựa thông tự nhiên không hoạt tính làm chất tẩy cho thử nghiệm khả năng hàn, do đó, thời gian hàn được đo dễ dàng. Trong các trường hợp không thực tế hoặc không thể thực hiện được, cho phép sử dụng chất tẩy hoạt tính cho thử nghiệm.

Cần chú ý rằng sự xuất hiện chất tẩy hoạt tính trong quy định kỹ thuật về khả năng hàn không được xem là phù hợp để sử dụng trong sản xuất cũng như đảm bảo rằng chất tẩy đọng lại không có xu hướng ăn mòn. Có rất nhiều tiêu chuẩn đối với chất tẩy và cần viện dẫn các tiêu chuẩn này khi chọn chất tẩy để hàn sản phẩm.

Chất tẩy được ứng dụng thuận tiện nhất là dung dịch nhựa thông trong propanol-2 hoặc etanol. Sự thay đổi nồng độ trong phạm vi từ 25 % đến 40 % theo khối lượng của nhựa thông không ảnh hưởng đến thời gian hàn khi đo bằng thử nghiệm hạt nóng chảy. Do đo, nồng độ 25 % theo khối lượng được chọn là tiêu chuẩn để sao cho sự tăng nồng độ do dung môi bay hơi không ảnh hưởng đến kết quả.

8.3. Phương pháp lão hóa gia tốc

...

...

...

- kiểu đóng gói;

- bản chất của môi trường xung quanh linh kiện (nhiệt độ, độ ẩm tương đối, môi trường nhiễm bẩn, v.v...);

- bản chất của kim loại và của chính lớp phủ.

Tùy theo từng trường hợp, ngay cả lớp phủ cùng loại cũng có thể thay đổi khả năng bám thiếc do lão hóa tự nhiên với nhiều cách khác nhau phụ thuộc vào quá trình nào chiếm ưu thế trong các quá trình khuếch tán, oxy hóa, sunphua hóa, thủy phân một phần hoặc thậm chí là ăn mòn.

Vì vậy, việc đoán trước chính xác sự thay đổi khả năng bám thiếc của bề mặt thường không thực tế. Tài liệu về chủ đề này đã nói rất rõ. Do vậy, thử nghiệm lão hóa gia tốc ngay cả khi thiết kế rất cẩn thận là quá kỳ vọng để cho rằng có thể mô phỏng n năm lão hóa tự nhiên bằng m ngày hoặc p giờ phơi nhiễm thử nghiệm.

Tuy nhiên, vì các linh kiện điện tử thường được sử dụng không đến vài tháng hoặc thậm chí vài năm sau khi chế tạo nên vấn đề về việc bảo toàn khả năng bám thiếc của bề mặt là rất quan trọng đối với nhà chế tạo thiết bị. Cần phải bảo vệ chống lại việc sử dụng các lớp phủ không có đủ bảo vệ trong thời gian ngắn. Một ví dụ cực đoan là trường hợp lớp phủ bạc không thụ động hóa khi phơi nhiễm vào khí quyển có sunfurơ; ngay cả mới đầu thì bám thiếc hoàn hảo, sau giai đoạn vài tuần hoặc vài ngày tùy thuộc vào loại và nồng độ thành phần lưu huỳnh, khả năng bám thiếc có thể gần như bằng “0” ngay cả khi có sử dụng chất tẩy là nhựa thông hoạt tính mạnh.

Tuy không thể dự đoán được hoạt động khi lão hóa chính xác bằng một phương pháp nhưng nhiều nghiên cứu cho thấy rằng giải pháp gần đúng cho vấn đề này có thể có được. Quy trình này dựa trên việc chọn lựa giữa ba thử nghiệm lão hóa gia tốc tùy chọn, cho phép lựa chọn giữa bốn phương pháp riêng biệt.

Quy trình này dựa trên các giả thuyết sau:

a) lão hóa tự nhiên cần mô phỏng không nằm ngoài phạm vi các điều kiện mà các linh kiện thường gặp phải.

...

...

...

b) người biên soạn quy định kỹ thuật biết quá trình suy thoái nào chiếm ưu thế đối với kiểu bề mặt quy định: khuếch tán giữa các kim loại hoặc thay đổi trên bề mặt do ôxy hoặc độ ẩm.

Trong trường hợp đầu tiên, thử nghiệm thích hợp nhất là phương pháp 3 (Thử nghiệm Ba, nóng khô 16 h ở 155^oC) có gia tốc khuếch tán giữa các kim loại.

Trong trường hợp thứ hai, phương pháp lão hóa 2 (Thử nghiệm Ca, nóng ẩm thời gian dài 10 ngày) là thích hợp hơn;

c) nếu người biên soạn quy định kỹ thuật không nhận biết được quy trình nào chiếm ưu thế hoặc nếu không quy định kiểu lớp phủ trong quy định kỹ thuật liên quan thì ưu tiên sử dụng phương pháp 1 (lão hóa bằng hơi nước). Chọn thời gian 1 h hoặc 4 h tùy thuộc vào mức khắc nghiệt yêu cầu.

Phơi nhiễm 1 h thường là đủ cho các chân linh kiện được sử dụng ngay sau khi chế tạo. Quy trình này có thể không đủ khắc nghiệt cho các linh kiện được bảo quản trong thời gian dài. Trong trường hợp này có thể áp dụng thời gian phơi nhiễm bằng 4 h.

9. Yêu cầu và đặc tính thống kê các kết quả

IEC 60068-2-20 định nghĩa các thử nghiệm khả năng hàn đối với linh kiện điện và điện tử.

Hướng dẫn này, bằng cách giải thích các nội dung cơ bản, giúp người biên soạn quy định kỹ thuật và người sử dụng chọn phương pháp cụ thể và hiểu được tầm quan trọng một cách chính xác các kết quả đạt được.

Tuy nhiên, có hai điểm rất quan trọng không được đề cập trong tiêu chuẩn này và phải có trong quy định kỹ thuật của linh kiện liên quan. Hai điểm đó là:

...

...

...

- mức chất lượng đảm bảo đạt được khi sử dụng các thử nghiệm này.

Người biên soạn quy định kỹ thuật cần biết rõ rằng hai vấn đề này phải được xác định một cách chính xác, và cấp chính xác này sẽ thể hiện trong hệ thống các yêu cầu và giới hạn chấp nhận được, giới hạn này được thiết lập dựa trên cơ sở thống kê đối với khả năng bám thiếc (xem điều 6).

Nếu bỏ qua hoặc quên, hai điểm trên không được xác định đầy đủ trong quy định kỹ thuật liên quan thì mức khắc nghiệt và chất lượng chấp nhận được tương ứng với sự cần thiết thực của người sử dụng có thể không đạt được.

VÍ DỤ:

- Người biên soạn quy định kỹ thuật đặt giới hạn thời gian bám thiếc quá ngắn (ví dụ như 0,2 s) thì có thể làm cho người sử dụng mất chi phí không cần thiết mà không đúng thực tế; nếu đặt thời gian quá dài (ví dụ như 5 s) thì nhà cung cấp linh kiện không gặp khó khăn nhưng có thể làm người sử dụng vướng vào công việc sửa lại.

- Giả thiết rằng thời gian bám thiếc thích hợp được cố định thì cần quyết định tỉ lệ chấp nhận được lớn nhất của các hạng mục có khuyết tật, và kế hoạch lấy mẫu cần được chắc chắn với mức tin cậy chấp nhận được để tỉ lệ này không bị vượt quá.

Việc chú ý vào các câu hỏi này nằm ngoài phạm vi của tiêu chuẩn này; đây là mối quan tâm của người biên soạn quy định kỹ thuật của linh kiện liên quan để chọn cẩn thận các yêu cầu và giới hạn để chắc chắn rằng các mức chấp nhận được đối với khả năng hàn được đặt ở giá trị làm thỏa mãn nhu cầu của người sử dụng.

Tuy nhiên, hai khuyến cáo dưới đây sẽ giúp đạt được sự rõ ràng cần thiết trong quy định kỹ thuật về linh kiện:

1) trong IEC 60068-2-20, danh sách đính kèm với mỗi phương pháp thử nghiệm nêu các thông tin phải tìm ra trong quy định kỹ thuật của linh kiện liên quan. Người biên soạn quy định kỹ thuật phải nêu thông tin này một cách rõ ràng và chính xác, không mơ hồ hoặc thiếu sót. Sẽ thuận tiện hơn nếu một mục cụ thể của quy định kỹ thuật được dành cho điều này, ngay cả nếu lặp lại thông tin đã nêu trong các mục khác và liên quan đến một số điểm như “không áp dụng”;

...

...

...

Phương pháp này như sau:

- bố trí các kết quả theo thứ tự độ lớn, giá trị nhỏ nhất đặt trước;

- phân phối mỗi giá trị đọc tung độ y, cho bởi:

trong đó

M là dãy các giá trị đọc theo thứ tự độ lớn;

n là tổng số lượng các giá trị đọc.

Do đó, nếu n bằng 50 thì y sẽ là số lẻ từ 1 đến 99.

- vẽ đồ thị các kết quả theo loga: giấy vẽ đồ thị chuẩn;

...

...

...

- đọc giao điểm B của đường này với y = 99,99.

Việc làm này cho xác suất xuất hiện một lần trong 10 000 lần mất thời gian dài hơn B giây để hàn.

Chú ý là quy trình này thừa nhận có 50 kết quả thử nghiệm sẵn có từ một loạt mẫu giống nhau. Trường hợp thông thường hơn là số lượng mẫu thử nghiệm quá nhỏ và không đủ ngẫu nhiên để thông qua ứng dụng phân tích thống kê.

Mục 3: Hướng dẫn sử dụng cân bằng bám thiếc đối với thử nghiệm khả năng hàn

Theo IEC 60068-2-54, Phụ lục B

CHÚ THÍCH 1: Khi xuất bản tiêu chuẩn này thì việc sử dụng hệ thống máy tính cá nhân thay thế cho máy ghi dạng biểu đồ để ghi lại, xử lý và lưu giữ các kết quả thử nghiệm đã trở nên phổ biến. Do đó, có một số thay đổi nhỏ so với các từ gốc của IEC 60068-2-54.

CHÚ THÍCH 2: Số trong các dấu ngoặc đơn đề cập đến các điều của Phụ lục A của IEC 60068-2-54.

10. Quy định chung

10.1. Xác định phép đo khả năng bám thiếc

...

...

...

Quy định kỹ thuật đối với khả năng bám thiếc có thể đòi hỏi rằng một số điểm trên đường cong lực-thời gian phù hợp với các giá trị cụ thể. Hướng dẫn này gợi ý các điểm và các giá trị có thể được sử dụng.

Thiết bị thử nghiệm phải phù hợp với các yêu cầu nhất định nếu đạt được các kết quả tái lập và có định tính; các yêu cầu và phương pháp kiểm tra cũng được đề cập trong mục này.

10.2. Hình dạng mẫu

Mẫu có thể có hình dạng bất kỳ, nhưng để đơn giản hóa sự thể hiện của đường cong và các tính toán các lực thì phần nhúng của mẫu cần có mặt cắt không đổi là thích hợp hơn. Để giảm sai số tính toán, mẫu cần được nhúng với bề mặt cần thử nghiệm nằm trong góc 15^o so với phương thẳng đứng và, nếu đầu nhúng của mẫu phải cắt đi thì phải cắt vuông góc với trục thẳng đứng và không có bavia.

Thử nghiệm này có thể được áp dụng cho các mẫu như tụ điện tổ hợp hoặc các mẫu là tấm mạch in có các vùng lớn không phủ chất hàn. Tuy nhiên, các vùng này có thể tạo ra méo đường cong lực-thời gian. Vì vậy, quy định kỹ thuật của thử nghiệm này đề cập trực tiếp đến việc sử dụng phương pháp thử nghiệm các chân linh kiện được thiết kế để có khả năng bám thiếc toàn bộ chu vi mặt cắt.

10.3. Chuẩn bị mẫu

Việc sử dụng một quy trình tiêu chuẩn để tẩy và làm khô các mẫu là quan trọng, sao cho không có dấu vết do ảnh hưởng của bay hơi dung môi hoặc nhỏ hạt nóng chảy chất tẩy trong quá trình thử nghiệm.

11. Đặc tính của thiết bị thử nghiệm

11.1. Thiết bị ghi

...

...

...

Chế độ đặt điểm 0

Trong một chu kỳ thử nghiệm, lực tác động lên mẫu đổi chiều khi điều kiện không bám thiếc chuyển sang điều kiện bám thiếc. Trong một số trường hợp nhất định, lực đẩy làm vết bám thiếc đã ghi lại bị lệch đáng kể khỏi phương thẳng đứng. Vì vậy, để ghi lại toàn bộ đường cong vết bám thiếc với mức nhạy cao nhất có thể, cần cho máy ghi dạng biểu đồ làm việc tại điểm 0 ở tâm của biểu đồ, hoặc bù đến mức thích hợp để giữ toàn bộ đường cong trên biểu đồ.

Thời gian đáp tuyến (xem Phụ lục A, A.1 của IEC 60068-2-54) phải đủ nhỏ để đảm bảo rằng thiết bị ghi tạo ra sự thay đổi đột ngột lực bám thiếc chính xác xảy ra, cụ thể là tại lúc bắt đầu bám thiếc. Mặc dù trên lý thuyết thời gian này cần vô cùng nhỏ nhưng trong thực tế, thời gian đáp tuyến lớn nhất là 0,3 s được chứng tỏ là phù hợp. Do đó, máy ghi dạng biểu đồ có thể được sử dụng làm thiết bị ghi.

Quy trình dưới đây được dùng để thử nghiệm thời gian đáp tuyến của dụng cụ đo và ổn định điểm 0. Việc này yêu cầu sử dụng trọng lượng đã biết (cần đủ để cho độ lệch toàn thang đo của bút của máy ghi, tính từ điểm giữa 0) và giá đỡ mẫu có hình dạng thích hợp để mang mẫu.

a) Với giá đỡ mẫu ở đúng vị trí, đặt máy ghi ở điểm 0.

b) Bắt đầu vẽ đồ thị di chuyển từ chế độ đặt tốc độ lớn nhất của nó.

c) Đặt vật nặng lên giá đỡ mẫu.

d) Sau 2 s hoặc 3 s lấy vật nặng ra, đồ thị vẫn để di chuyển.

e) Sau 2 s hoặc 3 s nữa, đặt lại vật nặng lên giá đỡ.

...

...

...

Vết có được trên đồ thị cho mức nhạy của dụng cụ để chọn chế độ đặt, thời gian yêu cầu để bút vẽ có đáp ứng và tính nhất quán khi quay trở lại vị trí 0.

Chế độ nhạy (xem Phụ lục A, điều A2 của IEC 60068-2-54)

Cung cấp dải các giá trị đặt nhạy cho phép các mẫu có kích cỡ khác nhau được thử nghiệm. Dải này dễ dàng có được bằng phương tiện là máy ghi dưới dạng biểu đồ có dải các giá trị đặt phóng đại. Nếu các giá trị này cho phép biểu diễn toàn thang đo của các lực từ 20 mN đến 1 mN (tương ứng với các khối lượng thêm là 2 g và 100 mg), các mẫu có chu vi từ 20 mm đến 1 mm có thể thích hợp.

Tốc độ vẽ biểu đồ (xem Phụ lục A, điều A3 của IEC 60068-2-54)

Tốc độ vẽ biểu đồ tối thiểu 10 mm/s là cần thiết để cho phép phân biệt các mối nối nổi bật trên đường cong lực-thời gian.

11.2. Hệ thống cân bằng

Độ cứng của lò xo (xem Phụ lục A, điều A6 của IEC 60068-2-54)

Hệ thống cân bằng đo sự dịch chuyển (điển hình) của lò xo đi kèm cảm ứng bởi lực đặt tác động lên mẫu. Các dịch chuyển này tạo ra sự thay đổi chiều sâu mà mẫu được ngâm trong chất hàn, và do đó, thay đổi lực đẩy. Vì vậy, hệ lò xo cần phải đủ cứng để sự biến dạng và sau đó là sự thay đổi lực đẩy trong quá trình thử nghiệm là không đáng kể bằng cách so sánh với các lực khác cần đo.

Mức ồn (xem Phụ lục A, điều A4 của IEC 60068-2-54)

...

...

...

11.3. Bể hàn (xem Phụ lục A, điều A7 của IEC 60068-2-54)

Bể này phải có tích nhiệt đủ để cho phép nhiệt độ thử nghiệm duy trì ở độ chính xác yêu cầu. Mẫu phải có khoảng cách đủ xa so với các vách của bể thử sao cho các lực tác động lên nó không bị ảnh hưởng bởi sự cong bề mặt chất hàn tại các mép. Nhiệt độ của bể thử là 235^oC được chọn để làm tăng sự phân biệt mà thử nghiệm yêu cầu. Các lớp phủ nhất định, ví dụ như, thiếc đánh bóng hoặc vàng, cho thấy sự thay đổi đáng kể về tốc độ phân hủy trong chất hàn có 60 % thiếc và 40 % chì ở nhiệt độ từ 235^oC đến 250^oC. Trong trường hợp này, quy định kỹ thuật liên quan cần quy định xem nhiệt độ bể hàn bằng 250^oC có thể được sử dụng cho thử nghiệm hay không.

11.4. Cơ chế nâng bể hàn và cơ cấu điều khiển

Độ sâu nhúng (xem Phụ lục A, điều A9 của IEC 60068-2-54)

Độ sâu cần nhúng mẫu trong chất hàn nóng chảy (phải được quy định), phải thỏa mãn các điều kiện dưới đây:

a) ở quy trình bám thiếc, mặt chất hàn nâng lên đi qua vùng cần xét. Có thể cần cắt bớt mẫu để đạt được độ sâu cần thiết hoặc để duy trì khoảng cách tới đáy bể hàn;

b) đường ngang cần đi qua chiều dài của mặt cắt đều;

c) phải có độ tái lập với dung sai trong phạm vi ± 0,2 mm để đảm bảo lực đẩy đúng (thường nhỏ) được duy trì với dung sai bằng ± 10 % trong trường hợp xấu nhất.

CHÚ THÍCH: Nhúng càng sâu thì lực đẩy để bù mức 0 tính từ giữa điểm 0, ngay cả trong trường hợp bám thiếc hoàn toàn, tín hiệu cuối cùng vẫn có thể duy trì trên điểm cân bằng ban đầu.

...

...

...

Tốc độ nhúng (xem Phụ lục A, điều A10 của IEC 60068-2-54)

Đối với chế độ làm việc tiêu chuẩn, tốc độ 16mm/s đến 25 mm/s là dung hòa giữa tốc độ quá nhanh gây ra sóng xung kích trong bể hàn (làm cản trở các phép đo lực) và tốc độ quá chậm làm bể hàn vẫn di chuyển trong suốt giai đoạn tăng bề mặt chất lỏng quan trọng ban đầu.

Thời gian nhúng (xem Phụ lục A, điều 11 của IEC 60068-2-54)

Các mẫu trong đó, quá trình hàn diễn ra lâu hơn 10 s thường không được chấp nhận. Tuy nhiên, thời gian dừng nhỏ hơn 10 s có thể không phải là thời gian cho phép để thu thập đủ thông tin trên mẫu là có khả năng hàn kém hoặc khả năng tích nhiệt lớn. Thời gian dừng 5 s thường được xem là đủ đối với các mẫu cỡ nhỏ như các sợi dây dẫn.

So sánh giữa giá trị lực ghi được trước chu kỳ thử nghiệm với giá trị khi hết thời gian dừng có thể cho các thông tin về độ ổn định của giao diện giữa chất hàn và mẫu.

12. Ví dụ về đường cong lực-thời gian đại diện

Ở các ví dụ này, phần đường cong biểu diễn lực tác động từ trên xuống lên mẫu, tức là, ở trạng thái không bám thiếc, được xem là dương, phần đường cong biểu diễn lực tác động từ dưới lên, tức là bám thiếc, được xem là âm.

Đường gạch nối biểu diễn điều kiện khi bắt đầu chu kỳ thử nghiệm, bỏ qua khối lượng của mẫu. Đường liền nằm ngang chỉ ra lực đẩy bù khi lực bám thiếc bằng 0.

Lực đẩy của mẫu có thể được tính là một phần của thể tích nhúng và mật độ của chất hàn nóng chảy mà nó chiếm chỗ. Tại nhiệt độ thử nghiệm quy định bằng 235^oC, giá trị 8 155 kg/m^3 có thể được dùng đối với trọng lực riêng của chất hàn chứa 60 % thiếc và 40 % chì.

...

...

...

Hình 2

13. Tham số cần đo từ biểu đồ lực-thời gian

13.1. Chọn tiêu chí thử nghiệm

Vì một trong các ưu điểm của phương pháp thử nghiệm này là toàn bộ quy trình bám thiếc đều được kiểm tra, nên sử dụng từ hai tham số trở lên liệt kê trong 6.4 của IEC 60068-2-54 là thích hợp khi quyết định các yêu cầu thử nghiệm cần đáp ứng.

Thời gian bắt đầu bám thiếc

Tại điểm A (Hình 2 của IEC 60068-2-54), quy trình bám thiếc bắt đầu trước trạng thái không bám thiếc đến điểm mà bề mặt chất hàn chuẩn bị bắt đầu nâng lên trên mức của bể hàn. Thời gian giữa A và to là thời gian bắt đầu bám thiếc. Khuyến cáo rằng, đối với các linh kiện cần lắp ráp bằng quá trình hàn hàng loạt, thời gian này cần vào khoảng 1 s đến 2,5 s tùy thuộc vào loại chất tẩy và đặc tính nhiệt của mẫu.

Tiến trình bám thiếc

Lực bám thiếc chuẩn là giá trị lớn nhất có thể có với hệ thống cho trước. Giá trị của nó có xu hướng đạt được tại tốc độ giảm liên tục, đặc biệt đối với mẫu có nhu cầu nhiệt cao, có thể dẫn đến sự tối nghĩa trong việc đọc giá trị thời gian chính xác. Bằng cách chọn phân số quy định của lực bám thiếc chuẩn làm tiêu chí thử nghiệm, không chỉ độ bám thiếc chấp nhận được có mức thực tế hơn mà việc đọc giá trị lực thời gian thích hợp được đơn giản hóa.

Độ ổn định bám thiếc

...

...

...

Do đó, đối với thời gian thử nghiệm từ 5 s đến 10 s, khuyến cáo rằng tỷ số:

nên lớn hơn 0,8.

13.2. Lực bám thiếc chuẩn

Quy trình mô tả trong 6.3 của IEC 60068-2-54 để xác định lực bám thiếc chuẩn sử dụng các xử lý cho điều kiện thích hợp để bám thiếc bề mặt cần thử nghiệm.

Bằng cách sử dụng giá trị chuẩn đo được này, kết quả của thử nghiệm mẫu không biết điều kiện bề mặt được so sánh với giá trị bám thiếc tốt nhất mà vật liệu có khả năng cung cấp theo kết cấu hình học cho trước và trong các điều kiện xác định trong thử nghiệm.

Nếu quy trình này được áp dụng cho các vật liệu vốn khó khăn trong việc thấm chất hàn thì lực bám thiếc chuẩn đo được đạt được đặt ra một tiêu chuẩn thể hiện mức bám thiếc rất thấp.

Để đạt được mức bám thiếc tiêu chuẩn không phụ thuộc vào mẫu, lực bám thiếc chuẩn thực tế có thể được so sánh với lực bám thiếc lý thuyết đạt được bằng tính toán, sử dụng công thức:

F (mN) = g x r x V - g x p x cosq

...

...

...

p là chu vi phần được nhúng của mẫu, tính bằng milimét và V là thể tích của phần được nhúng của mẫu, tính bằng milimét khối.

Mối quan hệ này dựa trên giả thiết là:

a) lực bám thiếc lý thuyết F tác động lên mặt phẳng của bề mặt mẫu (tức là góc tiếp xúc bằng 0 do đó cos q = 1). Trong trường hợp đó F(lý thuyết) = g x r x V - g x p (mN);

b) sức căng bề mặt g tương ứng với chất tẩy và chất hàn quy định ở 235^oC là 0,4 N/m (0,4 mN/mm);

c) với mục đích của việc tính toán này, giá trị xấp xỉ bằng 0,08 mN/m^3 có thể được sử dụng đối với g x r (trong đó, g là gia tốc trọng trường và r là mật độ chất hàn ở 235^oC).

MỤC LỤC

Lời nói đầu

Lời giới thiệu

...

...

...

1. Phạm vi áp dụng

2. Tài liệu viện dẫn

Mục 2 - Nguyên tắc chung

3. Giới thiệu

4. Khả năng hàn của linh kiện và khả năng bám thiếc của các chân linh kiện

5. Đặt thử nghiệm hàn vào thử nghiệm môi trường

6. Thử nghiệm khả năng hàn

7. Thử nghiệm khả năng bám thiếc

8. Giải thích các điều kiện thử nghiệm

...

...

...

Mục 3 - Hướng dẫn sử dụng cân bằng bám thiếc đối với thử nghiệm khả năng hàn

10. Quy định chung

11. Đặc tính của thiết bị thử nghiệm

12. Ví dụ về đường cong lực-thời gian đại diện

13. Tham số cần đo từ biểu đồ lực-thời gian