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唯特偶小课堂 | 第三期:IPC-J-STD-004C标准解读

唯特偶小课堂 | 第三期:IPC-J-STD-004C标准解读

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本期我们将就IPC专门针对助焊剂要求的标准进行解读。

首先来科普一下电子行业常见的IPC是什么。

IPC的全称是国际电子工业联接协会,是一家全球性非盈利电子行业协会,于1957年9月由六家印制板制造商建立,英文名为Institute of Printed Circuits(印制电路协会),简称IPC。后来由于成员数量增加和涉及范围的扩充,于1977年和1998年两度更名,但一直沿用了IPC的简称。

该协会制订了产品设计、印制电路板、电子组装和测试等电子行业产业链的各个环节的行业标准,并为现代制造企业广泛采用,现已成为电子组装和印制板行业上下游所共同倚重的文件,不但在美国的印制电路界有很高的地位,而且在国际上也有很大的影响,是最具权威的标准。

本期我们要来解读的J-STD-004C是由IPC组装与连接工艺委员会助焊剂技术规范任务组开发的,该标准规定了高质量焊接互连用助焊剂的分类和特性描述的通用要求,可用于助焊剂的质量控制和采购用途。

  • 该标准将助焊剂分成三个等级,见表1所示。

表1 助焊剂的分级

  • 早期常见的传统分类方法,如表2所示。

表2 助焊剂按照活性分类表

助焊剂的分类

助焊剂的品种繁多,不同的标准分类方法也各不相同。该标准几乎包括了所有类型的助焊剂,使用的用户先熟悉此标准的分类方法以及每类产品的技术特点,然后根据实际情况做出选择。

表3是IPC J-STD-004C将所有的助焊剂分成的24个类别。

首先根据助焊剂的主要组成材料将其分成四大类:松香型(Rosin,RO)、树脂型(Resin,RE)、有机酸型(Organic,OR)、和无机型(Inorganic,IN)。

根据活性分类将助焊剂的活性等级分类三类:L(表示低活性焊剂)、M(表示中等活性焊剂)、H(表示高活性焊剂)。

根据有无卤化物进一步细分为:L0、L1、M0、M1、H0、H1,其中0表示无卤化物,1表示有卤化物。

表3 IPC J-STD-004C 对助焊剂的分类

需要注意的是表格中卤化物指的是助焊剂固体中卤化物重量百分比,而GB/T 9491中对助焊剂的分类表格中的卤化物指的是助焊剂含量(定量)相对助焊剂样品质量分数。

  • 各种测试所用助焊剂形态的制备见表4。

表4 测试用助焊剂形态的制备

1. 测试含水量大于50%的原态助焊剂,水的存在可能会影响测试结果,因此可在80°C±2°C下用烘箱烘干1小时+15分钟/-0分钟,再按照IPC-TM-650测试方法2.3.32重新制成(溶解在适当的溶剂中),再用于本测试。如果是测试重新制成的样品,应当报告由原态和重新制成样品得出的结果。

2. 必须根据产品的最终用途测试通过锡铅和/或无铅焊接温度曲线焊接的产品。

 

助焊剂分类测试要求见下表5

表5 助焊剂分类测试要求

1. 该种定量的测试方法可测定卤化物的含量。

2. 如采用免清洗助焊剂组装印制电路板,且组装后进行了清洗,清洗后,用户应该验证SIR和ECM值。J-STD-001可用于工艺特性描述。

3. 测得的助焊剂固体含量中的卤化物重量百分比<0.05%时,则该助焊剂为无卤化物助焊剂。

4. 即使助焊剂没有腐蚀,如果卤化物含量≥0.05%且<2.0%,则视为M1,如果卤化物含量≥2.0%,则视为H1。

5. 对于不需要去除的助焊剂,要求只在不清洗状态下进行测试。

6. 如清洗后,M0或M1助焊剂通过了SIR和ECM测试,而不清洗则不能通过测试,那么这种助焊剂应当总是进行清洗。

 

0铜镜测试

只有当铜膜没有任何部分被完全除去时,助焊剂才应当被归类为L型。如果有任何铜膜被除去,并可通过玻璃显示的背景证明,此助焊剂就不应当被归为L型。如果只有助焊剂滴周围的铜膜被完全除去(穿透小于50%),那么助焊剂就应当被归为M型。如果铜膜被完全除去(穿透大于或等于50%),助焊剂就应当被归为H型。图1为助焊剂活性分类定性结果示例。

图1通过铜镜测试所鉴定的助焊剂腐蚀性

 

02  腐蚀测试

应当按照IPC-TM-650测试方法2.6.15确定助焊剂残留物的腐蚀性。有关腐蚀的定义:“焊接后并暴露在上述环境条件下,铜、焊料和助焊剂残留物之间发生的化学反应。”按下列要求对腐蚀进行定性评定:

无腐蚀 观察不到腐蚀的迹象。因焊接期间加热测试板时,将有可能使初步转变的颜色加深,如图2所示,这种状况可忽略。

轻微腐蚀 助焊剂残留物中离散的白色或有色斑点、或颜色变为蓝绿色但是没有铜凹陷的现象被看作为轻微腐蚀。如图3所示。

严重腐蚀 随着蓝绿色污点/腐蚀的扩展,能够观察到铜面板凹陷,则视为严重腐蚀。如图4所示。

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  • 该标准规定的助焊剂的主要检测项目如下表6所示。

表6 主要检测项目

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  • 助焊剂的相关测试项目及测试方法如下表7所示。

表7 助焊剂的性能测试方法及要求

助焊剂的标准较多,各标准测试方法及评判各有差异,因此,在选择助焊剂前熟悉各标准很有必要。使用频率较高的标准分别为IPC J-STD-004C、GB/T 9491-2021JIS Z 3197-2021,三者在部分项目的测试方法及技术要求(判据)方面各有不同,可以与使用端的顾客确认采取的评判标准。

随着无铅焊料的不断改进研制,对环境日益的关注和保护,无铅助焊剂的焊接性能也成为了业界研究的重点。

在电子工业中,传统的松香型助焊剂因使用效果稳定而被广泛应用,但这种助焊剂也存在明显的缺陷

松香型助焊剂大部分含有卤素,其焊后残留的大量卤素离子易引起线路板腐蚀,而过高的不挥发物含量使焊后残留物过多,同时焊接过程中会产生大量的烟尘,危害人体健康。

目前的免清洗助焊剂大多采用低沸点的醇类,如乙醇、甲醇、异丙醇等溶剂作为载体,这些醇类属于易挥发的有机化合物(VOC),尽管它们对大气臭氧层不产生破坏作用,但它们散发在低层大气中,会形成光化学烟雾,对人类的身体有危害,也会造成空气污染,是环保要求逐渐禁用的物质;再者这些醇类都是易燃易爆物质,使用过程中易引发火灾,给安全生产带来不可避免的隐患。同时,有机醇类是重要的化工原料,作为溶剂载体大量挥发掉是一种浪费。

因此,发展“绿色助焊剂”,用去离子水代替有机溶剂,开发性能优良,不含卤素、松香的水基免清洗助焊剂,不但能克服溶剂型免清洗助焊剂的缺陷,而且适应无铅焊料焊接工艺,是当今微电子封装材料领域的研究发展方向。 

文末再为大家科普两个常见的指令REACH和RoHS。

REACH指令 2006年12月18日欧盟议会及欧盟理事会通过了第1907/2006号(欧盟)化学制品的注册、评估、授权和限制条列。REACH指令是欧盟化学条例,其生效日期为2007年6月1日,截止日期为2018年。它的目的在于确保环境和人体的安全,提高欧盟化学工业的竞争力。REACH指令用适用于所有化学物质包括现有的、逐渐采用的和新物质的单个系统取代了几个现有的欧盟化学条例。

有害物质限制指令(RoHS RoHS指令即在某些电子电气设备中限制使用某些有害物质的指令。该指令禁止在新的欧盟市场上出售铅、镉、汞、六价铬、多溴联苯(PBB)和多溴二苯醚(PBDE)的含量超过规定要求的电子电气设备。

 

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下一期主题:

IPC-J-STD-005A标准解读    

下期更精彩,敬请期待!

 

往期回顾:

唯特偶小课堂第一期:电子装联焊接基础理论

唯特偶小课堂第二期:电子装联焊接材料介绍

 

参考文献:

[1]IPC J-STD-004C,助焊剂要求.

[2]罗道军,电子组装工艺可靠性技术与案例研究[M].北京:电子工业出版社,2015,9.

[3]李旭珍,电子装联工艺国内外标准体系对比研究.

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