Plan testu weryfikacji lutowania bezołowiowego SAE USCAR 40-2

Norma „SAE USCAR 40-2 Plan weryfikacji lutu bezołowiowego”, opracowana przez Stowarzyszenie Inżynierów Motoryzacyjnych (SAE) , opisuje plan testów dla istniejących produktów wytwarzanych przy użyciu lutu ołowiowego, przechodzących na procesy lutowania bezołowiowego, w celu spełnienia wymagań zwolnienia 8B dyrektywy 2000/53/WE w sprawie pojazdów wycofanych z eksploatacji. Norma ta ma zastosowanie do podobnych produktów używanych przez wielu producentów oryginalnego wyposażenia (OEM) z wykorzystaniem tych samych procesów produkcyjnych lub sprzętu. Celem normy jest ułatwienie przeprowadzania badań środowiskowych przez dostawców poprzez wspólną kwalifikację, co pozwala skrócić czas, ograniczyć ilość i obniżyć koszty.

Krótko mówiąc, plan testów weryfikacyjnych lutowia bezołowiowego służy do weryfikacji parametrów mechanicznych, elektrycznych i środowiskowych lutowia bezołowiowego stosowanego w zespołach elektronicznych oraz do zapewnienia zgodności z wymogami regulacyjnymi i standardami niezawodności. Niniejszy plan testów ma zastosowanie także do wszystkich zespołów płytek drukowanych (PCB), w których do montażu powierzchniowego i przewlekanego wykorzystuje się luty bezołowiowe. Plan ten obejmuje głównie procesy prototypowania, próbkowania produkcji i przeróbek.

Norma USCAR-40-2 definiuje procedury testowania niezawodności i kryteria kwalifikacyjne dla bezołowiowych spoiw lutowniczych stosowanych w elektronice samochodowej. Niniejsza norma jest częścią większego zestawu norm mających na celu zapewnienie solidnych i trwałych połączeń lutowanych w trudnych warunkach panujących w przemyśle motoryzacyjnym.

Cele normy USCAR-40-2 można przedstawić następująco:

• Weryfikacja niezawodności stopów lutowniczych i procesów bezołowiowych do zastosowań w motoryzacji.
• Ustanowienie standardowej metody porównywania zachowania się połączeń lutowanych poddanych naprężeniom.
• Zapewnienie zgodności z dyrektywą w sprawie ograniczenia stosowania substancji niebezpiecznych (RoHS) i innymi przepisami dotyczącymi ochrony środowiska przy jednoczesnym zachowaniu bezpieczeństwa i trwałości.

Niektóre typowe aspekty standardowego planu testów USCAR-40-2 obejmują:

• Ocena połączeń lutowanych: Skupia się na niezawodności mechanicznej i cieplnej połączeń lutowanych bezołowiowo.
• Cykle termiczne: Sztywne profile symulujące zmiany temperatury pod maską lub w kabinie.
• Test wibracyjny: Aby sprawdzić integralność połączeń pod wpływem wibracji pochodzących z drogi i silnika.
• Badania mechaniczne: próby rozciągania i ścinania w celu pomiaru wytrzymałości.
• Analiza mikrostrukturalna: wzrost związków metalicznych, propagacja pustych przestrzeni i pęknięć.
• Kryteria awarii: oparte na utracie ciągłości elektrycznej, powstaniu pęknięć lub awarii.

Norma USCAR-40-2 opiera się na normie USCAR-40-1, która zawierała pierwszy plan walidacji lutów bezołowiowych. Norma ta zazwyczaj obejmuje bardziej rygorystyczne testy środowiskowe i mechaniczne dla wyższych klas niezawodności, np. elektroniki pod maską.

Norma USCAR-40-2 jest konieczna, ponieważ wypełnia istotną lukę w zakresie niezawodności i wydajności w kwalifikacji bezołowiowych połączeń lutowanych w przemyśle motoryzacyjnym, w którym panują znacznie trudniejsze warunki niż w przypadku ogólnej elektroniki. Oto kilka przykładów, dlaczego jest to ważne:

• Środowisko motoryzacyjne jest wymagające. Mianowicie,
  • Pod maską panują wysokie temperatury (często powyżej 125 stopni).
  • Od uruchomienia do zatrzymania silnika następuje szybki cykl zmian temperatury.
  • Stan drogi powoduje silne wibracje i wstrząsy mechaniczne.
  • Wysoki poziom wilgoci, korozji i narażenia na działanie substancji chemicznych.

Naprężenia te mogą przyspieszyć zmęczenie lutu, pękanie i wzrost międzymetaliczny, co prowadzi do przedwczesnej awarii.

• Lut bezołowiowy jest mniej wyrozumiały. Luty cynowo-srebrno-miedziane stosowane w zespołach bezołowiowych są zazwyczaj:
  • Mają wyższą temperaturę topnienia (większe naprężenie elementów).
  • Tworzy grubsze warstwy międzymetaliczne.
  • Bardziej kruche niż luty cynowo-ołowiowe.

Przejście na materiały zgodne z dyrektywą RoHS wprowadziło nowe zagrożenia dla niezawodności, których tradycyjne normy IPC i JEDEC nie w pełni uwzględniają. Norma USCAR-40-2 została opracowana w celu rygorystycznego testowania i weryfikacji tych materiałów pod kątem długotrwałego użytkowania w pojazdach.

• Obecne standardy są niewystarczające. Normy takie jak IPC-9701 lub J-STD-001 są doskonałe, ale dotyczą głównie elektroniki komercyjnej i przemysłowej. W rzeczywistości brakuje im:
  • Agresywne profile cykli termicznych
  • Rygorystyczne testy mechaniczne i wibracyjne
  • Realistyczne symulacje użytkowania samochodów

Dostawcy części samochodowych potrzebują wspólnej, spójnej, zatwierdzonej przez producentów OEM metody testowania połączeń bezołowiowych w najgorszych przypadkach.

• Zmniejsza liczbę usterek i koszty związane z gwarancją. Przedwczesne uszkodzenia połączeń lutowanych w terenie mogą skutkować:
  • Kosztowne wycofania
  • Roszczenia gwarancyjne
  • Utrata zaufania klientów

Norma USCAR-40-2 ma na celu proaktywne eliminowanie słabych procesów przed rozpoczęciem produkcji.

Norma USCAR-40-2 jest konieczna, aby zagwarantować, że połączenia lutowane klasy motoryzacyjnej będą niezawodne, spójne i poddawane kompleksowym testom wytrzymałościowym w warunkach rzeczywistych, które nie są w pełni objęte tradycyjnymi normami dotyczącymi elektroniki.

Nasza organizacja, która od lat stara się wspierać przedsiębiorstwa z każdej branży, realizując szeroką gamę badań testowych, pomiarowych, analitycznych i ewaluacyjnych, dysponuje silną kadrą, która uważnie śledzi rozwój nauki i techniki na świecie oraz nieustannie się doskonali. W tym kontekście usługi testowe są również świadczone przedsiębiorstwom zgodnie z normą „SAE USCAR 40-2 Plan testowania weryfikacji lutów bezołowiowych”.