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影响SIR测试的因素有哪些？测试方法是怎样的？

发布时间: 2024-10-20 10:57:15
来源: SMT工程师之家
SIR测试技术之一：影响SIR测试的影响因素
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一、SIR测试原理

SIR测试原理很简单，就是测试两个交叉的、置于设定温度和湿度老化环境 下的梳状电路之间的电阻 （图1）。残留物可能引起果测试试样上表面绝缘电阻值较低，如果残留物遗留在电路板上，那么在应用环境下，会影响产品使用的可靠性。

二、NPL的研究工作突显了当前测试方法中存在的问题

虽然原理很简单，但成功的应用一种测试方法却并不容易。历史上SIR测试仅仅是用一个电流表测试毫安级的变化。现代的测试仪器可以对大量的试样，进行纳安级或更高精度的频繁监控。目前的SIR测试主要是用于助焊剂产品的绝缘性能认证。

IVF和DELPHI-DELCO公司的工作显示，PCA制造用的各种化学物质会影 响SIR的测试结果，从而影响产品的可靠性。 IPC J-STD-001B附录D说明了用SIR测试进行工艺过程认证，也提及此SIR测试方法需要升级。 以下是与当前测试规范有关的几个例子，测试用的助焊剂和材料是典型的通用产品。

三、表面涂层的影响

测试方法通常是认证助焊剂在裸铜板上的表现，但是NiAu和HASL工艺的残留物对PCB表面的漏电有一定影响。HASL工艺使用的助焊剂中的乙二醇会被环氧基板编织布所吸收，增强基板的吸水性。己经有一些案例说明 NiAu的金属层会增 电化学迁移的趋势。 表面涂层的影响取决于表面涂层所用的助焊剂和化学剂。使用RMA助焊剂，对表面涂层的影响是最小的，但如果使用的是免清洗助焊剂，残留物会增强Ni的熔解，从而导致比其他试样低很多的SIR值。

四、测试电压的影响

在SIR测试中梳状电路上所加的电压是一个关键影响因素 。目前 测试标准常用50V左右的高电压 （在多数试样上电压高于100V／mm）。过去用这样的高电压，可以允许采用不太灵敏的电阻测试仪。现在不必要用这么高的电压了，较新的测试电路可以在5V或更低的电压下测试。用较高的测试电压不会使测试 困难，但是使用高电压，会在枝晶生长充分之前破坏掉它，因而使测试通过。 使用免洗助焊剂和5V电压，可以看到由于枝晶的生长，从而使SIR值显著下降。 同样的助焊剂在50V下进行测试，显示出测试初期枝晶的生长趋势，但是高电压会造成测试后期SIR记录值的回复（图3）。所以，测试电压应采用实际应用中工作电压，这点是非常重要的。

五、监测频度的重要性

目前的测试标准要求在7天中，对每一测试试样的SIR值测量3次。 从上述的SIR时间曲线，很明显说明了这么稀疏的数据频度不足以显示所要的详细情况。例如上述免清洗助焊剂的测试，如果在48小时时进行首次测试，那么测试值很可能高达109欧姆，从而遗漏了初期枝晶形成的影响。目视检查需要依靠操作员
工的素质，对枝晶生长使用频繁的电测监控，是最直接和确定的探测方法。

六、温度的影响

对于传统的RMA助焊剂，高温会降低SIR值，这很可能是因为增加了吸湿量 （图5）。免清洗助焊剂在高温下会挥发，造成SIR值升高。对低于65°C，使用 15和30 ul的免清洗助焊剂，SIR读数很低，但是高于这个温度，助焊剂残留物就分解了。要特别留意助焊剂量与测量结果的关系。测试用的助焊剂量要反映实际在板上应用的助焊剂用量。

SIR测试技术之二：SIR测试方法

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一、 测试准备

现代PCB制造过程中会用到大量的化学工艺和化学物质，比如：阻焊材料、助焊剂（包括锡膏和返修用的锡线）和敷形涂层。SIR通常被用于证明产品的电气绝缘和抗电化学腐蚀状态。下面的SIR测试是对免清洗助焊剂组装PCA所用的各种材料组合的测试，工作中尽量保持了与实际的制造过程一致，所用的表贴SIR试样也和前部分中用的类似，这个测试板上有4个梳状电路，但 他们的布线可以适应SMT扁平封装器件贴装。 测试试样应用真实的工艺参数设定，这不仅仅是测试一个光板而己，器件造成的助焊剂残留和热影响也会真实 地浮现出来。 一些化学物质本身有很好的可靠性，但他们在一起应用，会导致 SIR值降低。 为了探测到这种现象，SIR测试必须在实际过程应用的化学物质都 存在的情况下进行。 因而在测试过程中，采用HASL和NiAu两种表面涂层，同时返修用的焊锡丝的影响也在考虑之列。 此项目是在典型通常的工艺条件下进行的，目的在于提供一整套的能兼容典型PCA制造情况的材料。

二、试样制备

● HASL表面涂层： 在255°C下浸锡5秒，标准的助焊剂。

● NiAu表面涂层： 采用ATOTech公司钯活化的Ni/Au，槽温88°C，6g/l Ni。 浸泡时间25分钟（ 4-6um，Ni）。 镀金槽的温度控制在84°C，浸润时间12分钟（0.06um Au）。

● 永久阻焊膜： 试样先用浮石清洁，阻焊膜是用32.82的丝网印加。 整个试样都加阻焊膜。 在450mJ/cm2曝光前，进行85°C干燥30分钟。 确保试样上只有一个QFP区域曝光，一半的试样在显影后没有阻焊膜。 没有曝光的阻焊膜用1％无水的K2CO3在35°C、2.5Bar气压下去除。 最后将板在150°C下烘烤1个小时，空板上阻焊膜的厚度是26um。

●助焊剂： 助焊剂用喷枪手工喷射到试样上，然后将试样坚直放置在吸收材料，时间 为30秒，去掉多余助焊剂。 波峰焊用SAC305合金，焊接温度260°C，在空气 中焊接。

●锡膏: 锡膏印刷采用DEK带ProFloTM焊料盒的印刷系统。 不锈钢漏模板厚为6mil，印刷锡膏到外围的梳状电路，以利QFP贴装。 尽管二者都加锡膏，QFP仅贴放在被阻焊膜包围的SIR梳状位置，用手贴放。 再流焊的峰值温度是250°C。

●混合组装技术： 为模拟混合组装生产状况，试样喷射助焊剂后先过波峰焊，而后进行印焊膏和再流焊。

●返修： 用的焊锡丝每一个中间梳状电路用少量焊锡丝焊接4处。 焊料在引线上流动避免连锡，烙铁头温度380°C。

三、SIR测试

试样置于一个256通道的测试架上，与Auto-SIRTM表面绝缘电阻测试仪相连。所有的测试试样标签均为金属，以避免引入可能的污染。处理试样的时候始终带着手套。

测试架上装64个试样，要求有256（4×64）个连接电缆（图 2），这是通过AUTO-SIRTM测试系统在系统内外接地的34路线缆实现的，在本例中使用了16路连接，每一路包括16条信号线和16条接地线。 这些注意事项是为了消除摩擦静电等对小电流记录的影响。 测试试样放置在测试箱中要保证表气流平稳（详见ISO／PW19455-17试用稿）。

测试箱缓慢升温到40°C，相对湿度93％ （根据IPC-68-2-20）。使用这么低测试温度（与传统85％／85％的要求不同），是为了保证免清洗助焊剂的温度敏感成分（主要是有机酸）能在整个测试过程中能残留在测试板上。这正在成为免清洗助焊剂的公认测试条件，测试时间为7天，测试电压为50V（相当于0.4mm的焊盘间距上125v／mm的电压梯度）。

每10分钟 对每 一测试试样上的漏电流进行测量，并计算电阻的对数 （Log）值。在7天的测试结束后，首先降低湿度而后降温防止测试试件上凝露。

四、测试试样矩阵表

这个列表因为有HASL和NiAu两种表面涂层，需要58个样品。每个测试试样上有4个梳状电路。A和D电路有阻焊膜，在印锡和贴装器件的情况下测试；B和 C则不用阻焊膜。 工艺次序见列表。 敷形涂层的代号AR表示丙烯酸类型，PU表示聚氨脂类型。 AR2比AR1的Tg值高一些。

五、SIR测试结果

测试结果与制造试样过程中使用的化学物质的组合有关。在IPC J-STD-001B D-5.3附录关于SIR用于材料和工艺过程相容性测试中要求”每一个测试中 SIR最小值要大于1x108欧姆”，我们引用这个结果作为判断每一个材料组合合格 /失败（PASS/FAIL）的标准。 通常我们发现大于1x1010欧姆的材料组合可以保 证工艺过程是安全的。

从图3可以看出贴不贴器件对测试结果的影响。SIR值的降低可以认为是，在焊接过程中的残留物，被毛细作用或扩散，会吸收到器件下面的区域。而 且这部分空间的峰值温度，由于器件的吸热，会比较低，这可能导致活化剂不能完全裂解。 SIR值在最初30个小时左右的轻微下降，在不带器件的试样上没 有出现。 我们还可以看到HASL比NiAu的SIR值大致低一些（图4，5）免清洗助焊剂会影响两种表面涂层试样的SIR值。 但是在一些物料组合中，NiAu的SIR值会低一些（见PU涂敷试样曲线）。 一个令人惊奇的发现是PU涂敷会在高湿环境下提高SIR值，当测试箱在测试后期，排出湿气温度降下来后电阻却也降下来了。 湿度下降与温度下降无关。 如果在试样涂一层氨合Latex的临时阻焊膜， SIR值会显著降低，这一点与其他化学物质无关（图6）。 使用焊锡丝可能会造成在同样的工艺条件下SIR值升高或降低，这可能是由于这种方式施加的助焊剂量和受热不一致造成的。 这应该是生产过程的实际情况，但是所有的测试试样的SIR值没有低于109欧姆的。 施加的焊料也可能会引起梳状电路尺寸的改变，从而影响测试结果。

六、新的SIR测试表明：

● 当前的标准测试方法对于现代电子装联是不适宜的，为了可靠地检测枝晶生长情况，频繁的监控是必要的；

● 永久阻焊膜对于SIR的影响是极小的；

● 器件装于板上，由于残留物的截留，会降低SIR值。尽管NiAu板有时受涂敷等其它物质的综合影响，会使其SIR值低于HASL板；

● 但很明显，HASL用的助焊剂会降低SIR值；

● 临时氨合Latex阻焊膜会显著降低SIR值；

● 免清洗锡膏和助焊剂的相容性很好；

● 除了PU敷形涂层会显著提升SIR值，其它涂敷对SIR影响很小；

● 现在工艺过程所用的阻焊膜、助焊剂、锡育、锡线和涂敷的相容性，可以用 SIR值来进行评估。 另外，新的SIR的测试实验还显示，对以下情况还可以进行进一步的测试工作，比如低氨量Latex阻焊膜的研制和它对SIR影响的进一步研究； 在5V下进行测试； 用PTH试样或当前的试样，进一步模拟助焊剂应用、混装技术和返修锡线应用的影响； 用低再流峰值曲线测试产品工艺参数界限。

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