Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 7699-2-82:2014 quy định các thử nghiệm mọc râu đối với các linh kiện điện tử và điện đại diện cho giai đoạn hoàn thiện, với lớp hoàn thiện là thiếc hoặc hợp kim thiếc. Tuy nhiên, tiêu chuẩn không quy định các thử nghiệm đối với râu có thể mọc do ứng suất cơ bên ngoài.
Trang 1TCVN 7699-2-82:2014 IEC 60068-2-82:2007
THỬ NGHIỆM MÔI TRƯỜNG PHẦN 2-82: CÁC THỬ NGHIỆM - THỬ NGHIỆM XW1: PHƯƠNG PHÁP THỬ NGHIỆM MỌC RÂU ĐỐI VỚI LINH KIỆN ĐIỆN VÀ ĐIỆN TỬ
Environmental testing - Part 2-82: Tests - Test XW 1 : Whisker test methods for electronic and
electric components
Lời nói đầu
TCVN 7699-2-82:2014 hoàn toàn tương đương với IEC 60068-2-82:2007;
TCVN 9899-2:2014 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC/E3 Thiết bị điện tử dân dụng biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công
nghệ công bố
THỬ NGHIỆM MÔI TRƯỜNG - PHẦN 2-82: CÁC THỬ NGHIỆM - THỬ NGHIỆM XW1: PHƯƠNG PHÁP THỬ NGHIỆM MỌC RÂU ĐỐI VỚI LINH KIỆN ĐIỆN VÀ ĐIỆN TỬ
Environmental testing - Part 2-82: Tests - Test XW 1 : Whisker test methods for
electronic and electric components
1 Phạm vi áp dụng
Tiêu chuẩn này quy định các thử nghiệm mọc râu đối với các linh kiện điện tử và điện đại diện cho giai đoạn hoàn thiện, với lớp hoàn thiện là thiếc hoặc hợp kim thiếc Tuy nhiên, tiêu chuẩn không quy định các thử nghiệm đối với râu có thể mọc do ứng suất cơ bên ngoài.Phương pháp thử nghiệm này được sử dụng bởi quy định kỹ thuật liên quan (quy định kỹ thuật linh kiện hoặc ứng dụng) với chuyển đổi các mức khắc nghiệt thử nghiệm được áp dụng và các tiêu chí chấp nhận được xác định
Trường hợp các thử nghiệm mô tả trong tiêu chuẩn này được xem xét cho các linh kiện khác,
ví dụ như các bộ phận cơ khí được sử dụng trong các thiết bị điện hoặc điện tử, cần đảm bảo rằng hệ thống vật liệu và các cơ chế mọc râu là có thể so sánh được
2 Tài liệu viện dẫn
Các tài liệu viện dẫn sau đây là cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất (kể cả các sửa đổi)
TCVN 7699-1 (IEC 60068-1), Thử nghiệm môi trường - Phần 1: Quy định chung và hướng dẫn
TCVN 7699-2-14 (IEC 60068-2-14), Thử nghiệm môi trường - Phần 2-14, Các thử nghiệm - Thử nghiệm N: Thay đổi nhiệt độ
TCVN 7699-2-78 (IEC 60068-2-78), Thử nghiệm môi trường - Phần 2-78: Các thử nghiệm - Thử nghiệm Cab: Nóng ẩm không đổi.
IEC 60068-2-20:1979, Environmental testing - Part 2-20: Tests - Test T: Soldering (Thử
nghiệm môi trường - Phần 2-20: Các thử nghiệm - Thử nghiệm T: Hàn thiếc)1
IEC 60068-2-58:1989, Environment testing - Part 2-58: Tests - Test Td: Solderability,
resistance to dissolution of metallization and to soldering heat of surface mounting devices (SMD) (Thử nghiệm môi trường - Phần 2-58: Các thử nghiệm - Thử nghiệm Td: Các phương pháp thử nghiệm về tính dễ hàn, khả năng không hòa tan của lớp phủ kim loại và khả năng chịu nhiệt hàn của các cơ cấu lắp trên bề mặt (SMD)) 2
1 Hệ thống Tiêu chuẩn Quốc gia Việt Nam đã có TCVN 7699-2-20:2014 hoàn toàn tương đương với IEC 60068-2-20:2008
Trang 2IEC 61192-3:2002, Workmanship requirements for soldered electronic assemblies - Part 3: Through-hole mount assemblies (Yêu cầu về trình độ gia công đối với các khối lắp ráp điện tử
có hàn - Phần 3: Khối lắp ráp lắp xuyên qua lỗ).
IEC 61760-1:2006, Surface mounting technology - Part 1: Standard method for the
specification of surface mounting components (SMDs) (Công nghệ lắp trên bề mặt - Phần 1: Phương pháp tiêu chuẩn dùng cho quy định kỹ thuật các linh kiện lắp trên bề mặt (SMD)
3 Thuật ngữ và định nghĩa
Tiêu chuẩn này áp dụng các thuật ngữ và định nghĩa nêu trong TCVN 7699-1 (IEC 60068-1)
và các định nghĩa dưới đây
3.1 Râu (Whisker)
Phần kim loại sùi lên mọc một cách tự phát trong quá trình bảo quản hoặc sử dụng
CHÚ THÍCH 1: Râu nói chung không yêu cầu đến điện trường để mọc lên và không thể lẫn lộn với các sản phẩm di chuyển điện hóa Các dấu hiệu điển hình của râu bao gồm:
- Các đường vân theo hướng mọc râu;
- thường không phân nhánh;
- thường có đường kính không đổi
Các trường hợp ngoại lệ đã được biết đến, nhưng hiếm thấy và có thể cần được nghiên cứu
cụ thể Đối với mục đích của tiêu chuẩn này, râu được xem xét nếu như
- râu có hệ số hình dạng (chiều dài/chiều rộng) lớn hơn 2;
- râu dài 10 µm hoặc dài hơn
CHÚ THÍCH 2: Đối với mục đích của tiêu chuẩn này, râu có những đặc tính sau đây:
- râu có thể quăn, uốn cong hoặc xoắn lại; râu thường có hình dạng mặt cắt không thay đổi;
- râu có thể có những vòng tròn xung quanh chu vi trụ
CHÚ THÍCH 3: Không nên nhầm lẫn râu với các nhánh giống như dương xỉ mọc bên trên bề mặt vật liệu, có thể hình thành dịch chuyển điện của một loại ion hoặc được tạo ra trong quá trình đông đặc
3.2 Hệ thống vật liệu (material system)
Đầu nối dây bao gồm các yếu tố dưới đây:
a) vật liệu gốc;
b) lớp lót, nếu có, nằm dưới lớp mạ cuối cùng;
c) lớp mạ thiếc hoặc hợp kim thiếc cuối cùng
CHÚ THÍCH: Có thể có các lớp bổ sung giữa lớp vật liệu gốc và lớp lót Lớp áp chót là vật liệu chủ yếu được sử dụng hoặc lớp kết tụ ở phía dưới lớp mạ thiếc hoặc mạ hợp kim thiếc cuối cùng của linh kiện
4 Thiết bị thử nghiệm
Thiết bị thử nghiệm phải bao gồm các thành phần sau:
4.1 Máy sấy khô
Máy sấy khô phải có khả năng cung cấp các điều kiện về nhiệt độ và độ ẩm quy định trong 6.1
Trang 3Nếu được dùng để đo, kính hiển vi phải được trang bị thang đo hoặc hệ thống phát hiện điện
tử có khả năng đo chiều dài với độ chính xác tối thiểu ±5 µm
4.5 Kính hiển vi điện tử quét hình
Kính hiển vi điện tử quét hình (SEM) có khả năng khảo sát bề mặt mẫu, tốt nhất là được trang bị hệ thống gắp có thể nghiêng và xoay mẫu
5.1 Yêu cầu chung
Mẫu phải đại diện cho các sản phẩm hoàn thiện như được cung cấp ra thị trường
CHÚ THÍCH: Hướng dẫn về kích thước mẫu phù hợp được cung cấp ở Phụ lục C
5.2 Lựa chọn phương pháp thử nghiệm
Chọn phương pháp thử nghiệm thích hợp tùy theo loại lớp mạ cuối cùng, lớp lót và vật liệu gốc của mẫu theo Bảng 6
5.3 Điều kiện bảo quản trước thử nghiệm
Mẫu phải được giữ trong ít nhất là 2 h ở các điều kiện khí quyển tiêu chuẩn được định nghĩa tại điều 5.3.1 của TCVN 7699-1 (IEC 60068-1), trước bất cứ bước ổn định trước hay thử nghiệm nào
5.4 Gắp mẫu
Khuyến cáo sử dụng thiết bị gá như quy định trong 4.6 để giữ mẫu để tránh nhiễm bẩn mẫu ngoài dự kiến Thiết bị gá không được tiếp xúc với các bề mặt kim loại của mẫu cần thử nghiệm Mẫu phải được thao tác cẩn thận, tránh không để râu rụng ra ngoài dự kiến Râu bị gãy phải được ghi lại, xem 7.4
Trường hợp có khả năng râu sẽ rụng xuống, phải cân nhắc thiết kế thiết bị gá thích hợp trước khi thử nghiệm Lớp phủ bắn phá dẫn điện thường được dùng để hỗ trợ việc kiểm tra bằng SEM, như là C, Pt hay Au, không được để kết tụ trên mẫu
Trừ khi có quy định khác trong quy định kỹ thuật liên quan, linh kiện phải chịu bước mô phỏng hàn theo Bảng 1, không sử dụng chất hàn và không tiếp xúc với bề mặt kim loại bất kỳ
Bảng 1 - Các phương pháp ổn định trước - Mô phỏng việc hàn
Kiểu linh kiện Mô phỏng việc hàn
Trang 4Nửa đầu của mẫu Nửa thứ hai của mẫu
SMD Xử lý nhiệt hồi lưu theo Bảng 3 (Nhóm 3) của 8.1.2.1, IEC 60068-2-58 Không có
Sau bước ổn định trước, thử nghiệm phải được bắt đầu trong vòng 168 h
Các điều kiện ổn định trước về nhiệt phải được ghi lại
b) Linh kiện không để hàn
Không áp dụng ổn định trước về nhiệt
5.5.2 Mô phỏng hàn trước thử nghiệm chu kỳ nhiệt độ (xem 6.3)
a) Linh kiện dùng để hàn
Trước khi hàn, mẫu của các mô tả vật liệu trường hợp 1.1, trường hợp 3 hoặc trường hợp 4 được lưu giữ ở nhiệt độ phòng trong hơn 30 ngày sau quá trình chế tạo cuối cùng, chẳng hạn như theo mã ngày được nêu của sản phẩm
Trừ khi có quy định khác trong quy định kỹ thuật liên quan, các linh kiện có thể được lắp ráp trên các bảng mạch in Vật liệu bảng mạch phải là thủy tinh dệt epoxide, dày (1,6 ± 0,2) mm Quy trình lắp ráp phải phù hợp với Bảng 2
Bảng 2 - Phương pháp ổn định trước - Hàn
SMD Hàn hồi lưu đối lưu không khí nóng với chất hàn SnAgCudung hoạt hóa thấp, theo Bảng 3 (Nhóm 3) của 8.1.2.1, IEC60068-2-581, chất trợ Kiểu khác Hàn từng lớp bằng cách sử dụng profin hàn theo 6.1 của IEC 61760-1, sử dụng chất hàn SnAgCu
1 Áp dụng 50 % lượng hỗn hợp chất hàn khuyến cáo đối với sản phẩm điển hình Yêu cầu này phải đảm bảo rằng sau khi hàn, một phần của bề mặt đầu nối không bị phủ bởi chất hàn
và còn lại để kiểm tra
Sau bước ổn định trước này, thử nghiệm phải bắt đầu trong vòng 168 h
Điều kiện hàn phải được ghi lại
b) Linh kiện không để hàn
Trừ khi có quy định khác trong quy định kỹ thuật liên quan, linh kiện được thử nghiệm ở giai đoạn chưa được lắp ráp
5.6 Chuẩn bị mẫu bằng cách tạo hình chân linh kiện
Trong trường hợp các linh kiện phải chịu ứng suất cơ học sau khi chuyển tới, ví dụ như tạo hình các chân linh kiện, yêu cầu phải ổn định trước mang tính đại diện Trừ khi có quy định khác trong quy định kỹ thuật liên quan, mỗi mẫu phải được uốn cong 90o tới bán kính uốn bên trong không đổi được quy định là bán kính tối thiểu trong Bảng 1, của IEC 61192-3
6 Điều kiện thử nghiệm
6.1 Thử nghiệm môi trường xung quanh
Trừ khi có quy định khác trong quy định kỹ thuật liên quan, áp dụng các điều kiện theo Bảng
3 và theo mức khắc nghiệt được lựa chọn từ Bảng 6:
Bảng 3 - Mức khắc nghiệt của thử nghiệm môi trường xung quanh
Mức khắc nghiệt Nhiệt độ Độ ẩm tương đối
Trang 5- khoảng thời gian thử nghiệm: 2 000 h
Áp dụng các biện pháp gia nhiệt, làm mát, làm ẩm và hút ẩm trong thử nghiệm theo cách không để sương ngưng tụ trên mẫu
6.3 Thử nghiệm chu kỳ nhiệt độ
Trừ khi có quy định khác trong quy định kỹ thuật liên quan, áp dụng các thủ tục quy định trong TCVN 7699-2-14 (IEC 60068-2-14), thử nghiệm Na với các điều kiện nêu dưới đây:
Đối với nhiệt độ dưới và nhiệt độ trên, một mức khắc nghiệt theo Bảng 4 phải được sử dụng
Bảng 4 - Mức khắc nghiệt của thử nghiệm chu kỳ nhiệt độ - Nhiệt độ
Áp dụng thời gian duy trì tối thiểu là 20 min cho cả nhiệt độ thử nghiệm cận dưới và nhiệt độ thử nghiệm cận trên Thời gian chuyển đổi giữa các giá trị cực hạn phải ngắn hơn 30 s
Về số lượng chu kỳ thử nghiệm, áp dụng các điều kiện theo Bảng 5 và theo mức khắc nghiệt lựa chọn từ Bảng 6
Bảng 5 - Mức khắc nghiệt của thử nghiệm chu kỳ nhiệt độ - Chu kỳ
7 Lịch trình thử nghiệm
7.1 Quy trình lựa chọn phương pháp thử nghiệm
Trang 6Trừ khi có quy định khác trong quy định kỹ thuật liên quan, các phương pháp thử nghiệm phải được lựa chọn tùy theo kiểu của lớp mạ, lớp lót và vật liệu gốc của linh kiện Áp dụng
ma trận quyết định của Bảng 6 để lựa chọn phương pháp thử nghiệm thích hợp
Bảng 6 - Tính phù hợp của phương pháp thử nghiệm đối với các trường hợp lớp mạ
khác nhau
Trường
hợp
Mô tả vật liệu Vật liệu gốc, lớp lót và lớp mạ
Phương pháp thử nghiệm và mức khắc
nghiệt Thử nghiệm
môi trường xung quanh
Thử nghiệm nóng ẩm
Thử nghiệm chu kỳ nhiệt độ
1
Vật liệu gốc là hợp kim của riêng sắt
(Fe) và niken (Ni) không có lớp lót,
hoặc lớp lót là hợp kim của riêng sắt
và niken
Lớp mạ là thiếc (Sn) hoặc hợp kim
thiếc bất kỳ, ngoại trừ các hợp kim
định nghĩa trong trường hợp 1.1
CÓ Mức khắc nghiệt xP
1.1
Vật liệu gốc là hợp kim của riêng sắt
(Fe) và niken (Ni) không có lớp lót,
hoặc lớp lót là hợp kim của riêng sắt
CÓ
CÓ Mức khắc nghiệt xP
2 Vật liệu gốc bất kỳ, ngoại trừ các vật liệu trong trường hợp 1.0 hoặc 1.1
Lớp lót là niken (Ni) hoặc bạc (Ag)
CÓ Mức khắc nghiệt B
CÓ
CÓMức khắc nghiệt xQ
CÓ
CÓ Mức khắc nghiệt xQ
3.1
Vật liệu gốc là đồng (Cu) hoặc hợp
kim đồng không có lớp lót, hoặc lớp
lót là đồng hay hợp kim đồng Lớp
mạ là thiếc (Sn), với lớp hợp chất
kim loại liên kết ổn định Sn Cu (xem
điều kiện A dưới đây)
CÓ Mức khắc nghiệt B
CÓ
CÓ Mức khắc nghiệt xQ
4
Vật liệu gốc hoặc lớp lót không phải
là các vật liệu quy định trong các
trường hợp 1 đến 3 kể trên
CÓ Mức khắc nghiệt A
CÓ
CÓMức khắc nghiệt xPCác điều kiện đặc biệt:
A) Sự có mặt của lớp hợp chất kim loại liên kết Sn Cu hình thành với độ dày tối thiểu 0,5 µm được giả định
- nếu lớp mạ thiếc được kết tụ trong một bể thiếc nóng chảy ở nhiệt độ ít nhất 250oC và khoảng thời gian duy trì tương ứng ít nhất 0,5 s, hoặc
- nếu lớp mạ thiếc đã được nóng chảy trong vòng 24 h sau khi mạ điện ở nhiệt độ ít nhất
250oC và khoảng thời gian duy trì tương ứng ít nhất 0,5 s, hoặc
Trang 7- nếu lớp mạ thiếc đã được ủ trong vòng 24 h sau khi mạ điện ở nhiệt độ ít nhất 150 C cho khoảng thời gian duy trì ít nhất 1 h.
7.2 Phép đo ban đầu
Kiểm tra bên ngoài mẫu đã chuẩn bị theo Điều 5 trước khi tiến hành thử nghiệm được lựa chọn theo Bảng 6 Đo và ghi lại chiều dài tối đa của râu mọc trên mẫu
Nếu muốn đánh giá chi tiết hơn, trừ khi có quy định khác trong quy định kỹ thuật liên quan, đếm số râu trong một diện tích hình vuông 250 µm x 250 µm ở phần mọc dày nhất trên mẫu, bằng cách sử dụng SEM
Trong trường hợp râu bị rụng, ghi nhận sự kiện này và tiếp tục các bước tiếp theo
7.5 Đánh giá trung gian hoặc đánh giá cuối cùng
Thực hiện bất cứ phép đánh giá trung gian hoặc cuối cùng nào như mô tả trong 7.2
8 Thông tin cần nêu trong quy định kỹ thuật liên quan
Khi thử nghiệm này được đưa vào trong quy định kỹ thuật liên quan, các chi tiết dưới đây phải được đưa ra trong chừng mực có thể áp dụng:
Thông tin cần đưa ra Điều
a) Mô tả thiết bị gá 4.6
b) Các yêu cầu về chuẩn bị mẫu 5.4, 5.5
- Ổn định trước về nhiệt 5.6
- Tạo hình dây dẫn đầu vào 6.1
c) Mức khắc nghiệt và dung sai đối với thử nghiệm môi trường xung quanh 6.1
- nhiệt độ
- độ ẩm
- khoảng thời gian
d) Mức khắc nghiệt và dung sai đối với thử nghiệm ẩm 6.2
- nhiệt độ
- độ ẩm
- khoảng thời gian
e) Mức khắc nghiệt và dung sai đối với thử nghiệm chu kỳ nhiệt độ 6.3
- Nhiệt độ dưới và nhiệt độ trên
- thời gian duy trì
- thời gian chuyển đổi
- khoảng thời gian
f) Lựa chọn phương pháp thử nghiệm 7.1
g) Vùng xem xét để đánh giá 7.2, 7.5
Trang 8Quy định kỹ thuật liên quan có thể quy định các kiểm tra trung gian đối với tất cả các phương pháp thử nghiệm được áp dụng.
Về vấn đề này, quy định kỹ thuật liên quan phải quy định:
- Các tiêu chí tính năng và tiêu chí chấp nhận đối với kiểm tra bằng mắt, nếu yêu cầu
- Các tiêu chí chấp nhận đối với tất cả phương pháp thử nghiệm được áp dụng
9 Yêu cầu tối thiểu đối với một báo cáo thử nghiệm
Khi thử nghiệm này được sử dụng độc lập với quy định kỹ thuật liên quan, phải áp dụng các yêu cầu tối thiểu dưới đây đối với các báo cáo thử nghiệm:
- Nhận dạng mẫu;
- điều kiện chuẩn bị mẫu;
- mức khắc nghiệt thử nghiệm và khoảng thời gian;
- thiết bị thử nghiệm và thiết bị đo được sử dụng;
- chiều dài tối đa của râu quan sát được
Phụ lục A
(quy định)
Phép đo chiều dài của râu
Chiều dài của râu được định nghĩa là khoảng cách tính theo đường thẳng từ điểm gốc của râu trên bề mặt cuối cùng tới điểm xa nhất của râu
Hình A.1 - Xác định chiều dài của râu
Xoay mẫu để điểm gốc và điểm xa nhất của râu xuất hiện trên mặt phẳng quan sát
CHÚ THÍCH: Râu không phải lúc nào cũng mọc theo một hướng đường thẳng duy nhất mà
có thể thay đổi trong quá trình mọc râu Tuy nhiên, đối với mục đích xác định chiều dài của râu hoàn chỉnh, sẽ là không thích hợp nếu đo các đoạn khác nhau của râu, bất kể hướng của chúng, và cộng lại để tính giá trị thực của chiều dài tổng
Trang 9Hình B.1 - Nốt sần
b) Râu hình trụ
Râu mọc từ bề mặt cuối cùng và có dạng hình trụ, chiều dài tới 10 lần đường kính của râu
Hình B.2 - Râu hình trụ
c) Râu dạng sợi (cũng gọi là râu hình kim)
Râu có dạng hình trụ, chiều dài lớn hơn 10 lần đường kính của râu
Hình B.3 - Râu dạng sợi
d) Râu quăn
Râu gồm nhiều đoạn dạng hình trụ, với những thay đổi đột ngột về hướng mọc
Hình B.4 - Râu quăn
Trang 10Phụ lục này cung cấp cho người viết các quy định kỹ thuật đối với linh kiện hoặc quy định kỹ thuật áp dụng, cùng với cơ sở phù hợp cho việc xác định các quy trình thử nghiệm và các yêu cầu đối với việc tạo thành các lô mẫu.
Mục đích là để hài hòa các yêu cầu đối với các kiểu linh kiện độc lập hoặc lĩnh vực áp dụng, bất cứ nơi nào được coi là có thể áp dụng được
C.2 Tính tương đồng về công nghệ
Nhiều sản phẩm có thể được coi là tương đồng về công nghệ, bất kể kích thước thực và số lượng đầu nối dây của chúng, nếu các bề mặt được mạ của chúng tuân theo cùng một thiết
kế, được làm từ cùng vật liệu và áp dụng quy trình chế tạo như nhau
Sự khác biệt về một hoặc một số các đặc điểm dưới đây không ảnh hưởng tới tính tương đồng về công nghệ của các sản phẩm:
- Chiều dày của vật liệu gốc, đường kính dây hoặc dây dẫn đầu vào hoặc kích thước đầu nối dây khác nhau;
- Các dây chuyền mạ áp dụng quá trình và thiết bị mạ giống hệt nhau, kể cả các dây chuyền được đặt tại các địa điểm khác nhau;
- Các quy định kỹ thuật về uốn cong và tạo hình chân;
- Số chân hoặc đầu nối dây;
- Các linh kiện sử dụng thiết kế, vật liệu và quy trình giống hệt nhau
Các đặc tính dưới đây khiến các sản phẩm không tương đồng về công nghệ:
- Vật liệu gốc có thành phần khác nhau;
- Lớp lót có chiều dày hoặc thành phần khác nhau;
- Vật liệu cuối cùng có thành phần khác nhau;
- Quy trình mạ khác nhau, về kiểu vật lí, về hóa học hoặc về các tham số điện;
- Xử lý sau khác nhau nhằm loại trừ hiện tượng mọc râu, chẳng hạn như nung chảy, ủ.Bất cứ mục nào ở trên đều được coi là khác nhau nếu như tham số vượt quá các giới hạn kiểm soát quy trình