电装工艺及材料标准

航天电装工艺及材料标准应和国际先进标准接轨——研究美国IPC系列标准的启示航天电装工艺，特别是表面贴装技术(SMT)，是电装行业中的先进制造技术，目前航天系统有些单位仍采用落后的设计标准、工艺标准，宣贯落后工艺，使用落后的生产设备生产SMT电子产品，多次发生一些低层次的质量问题，如:印制板可焊性差、焊接后翘曲、虚焊、组装件清洗不净、抗恶劣环境性能差等问题，便所谓的常见病，多发病难以防治。研究美国IPC标准后，深刻体会到这类标准的先进性、完整性、实用性、可操作性。该标准系统化、通用化、模块化(组合化)是防治上述各种质量问题，提高电子产品质量的有效武器。1.航天系统表面贴装技术各类标准发展现状当前，微电子技术的快速发展，大规模集成电路的集成度成倍增加;同时也改变了芯片的封装结构，如球栅阵列封装(BGA)，芯片级尺寸封装(CSP)，己广泛用于航天电子产品中，某所采用的CSP器件，尺寸为9×gmm2，球间距为0.4mm，共有441个焊球(21×2l)。由于高密度组装器件的使用，使航天电子产品以惊人的速度，向短，小，轻，薄，高运算速度，多功能的万向发展。电子组装技术从通孔插装技术(THT)，快速发展到表面贴装技术(SMT)，同时也提高了产品的可靠性，抗干扰性，以及抗恶劣环境等性能。众所周知，因SMT的快速发展，促使世界电子制造业迈进了一个新纪元，并日益成为全球一体化的产业。全球化的产业自然需要全球化的通用标准，以保证在世界范围内任何地万设计和制造出的产品质量相当。因此无论是军品或是民品，设计和制造的标准通用化、系统化，行业标准与国际接轨已成为电子制造行业努力的目标之一，同时也是军用电子产品保证质量，民用电子产品提高市场竞争力的重要手段，目前长江三角洲、珠江三角洲等地区的大型生产企业，在接收生产订单前，是否采用IPC标准已成为考核的主要内容。近几年，国内外推广绿色制造大环境，电子产品的清洗己经禁止使用消耗臭氧层的化合物，如氯氟烃化合物(CFC)，三氯乙烷(TCA)等，电子产品申限制使用铅(Pb)，汞(Hg)，镐(Cd)六价铬(Cr6+)聚合漠化联苯(PBB)，聚合漠化联苯乙醚(PBDE)等有毒、有害物质，目前必须选用新的材料替代。在电子装联工作中，随着工艺材料的改变，如清洗剂、焊料、电镀材料、有机增强材料等更换，导致工艺方法、工艺设备、工艺技术参数等改变。如果不及时制修订新标准，在设计、制造、调试、检验等全过程，将出现无据可查，无章可循，无法可依的局面，势必造成低层次的质量问题不断发生，延误生产周期，增加制造成本，并给企业带来严重的经济损失。目前，航天标准化研究所己很重视这些标准的制修订工作，为航天各种型号顺利完成做出了很多的贡献。但有些标准，制修订的周期太长，己满足不了当前电于装联快速发展的要求，如标准的可行性、完整性、先进性、实用性、可操作性和国际上同类标准相比，均有很大的差距。主要表现以下几万面:a)标准的配套性不够，缺少SMT焊盘图形的设计规范，因而使设计无规范可循，按设计人员本人的理解因人而异，难以符合安装和焊接的要求。b)目前印制板验收标准主要是针对通孔安装元器件而制定的，不能满足表面贴装元器件的安装和焊接的要求，如SMT印制板的翘曲度不能大于0.75%，比THT要求高一倍以上，对印制板的热膨胀系数(CTE)，玻态转化温度(TD，均比THT要求高。再如，对印制板可焊接验收，只对制造验收有规定，有些单位因储存环境等不符合标准，使用时不抽查，产生大量的虚焊质量问题。c)对工艺材料，如焊膏、焊料助焊剂、清洗剂、三防涂料等没有选用、验收指南，材料的采购渠道、工艺方法、验收要求等很不规范，带来不少质量隐患。d)因航天系统有些基础标准的制修订周期长，标准的系统化差，现行的电装工艺标准也是以THT为主，缺少对先进的表面安装器件(如QFP，BGA，CSP等)设计和组装工艺实施等有关标准。有的单位因BGA焊盘设计及组装工艺不符合标准，造成了批量报废的重大损失。e)缺少对表面安装元器件的安装、焊接质量问题及过程控制的标准和规范。f)近来无铅焊接已在全球推广。在此大环境下，航天系统也免不了受到冲击和影响，如不少单位，从国外采购的元器件，大都采用无铅镀层，工艺人员仍采用有铅工艺，设备，标准，避行有铅、无铅器件混合组装，导致重复出现焊接质量问题。因此需要开展无铅焊接超前性的工艺研究，制定无铅焊接的通用标准。总之，目前航天系统的电子装联标准，有些己不能满足SMT设计和生产的需要，靠大家共同努力，及时弥补这类标准的不足。2美国IPC系列标准的特点及主要内容美国IPC(AssociationconnectingElectronicsIndustries)，电子互连与封装协会)是一个技术协会，多数成员来自电子互连和印制板材料制造商。自其成立以来，一直致力于电子制造标准的通用化、系统化、组合化、国际化方面的工作。多年来，其制订和出版了数以千计的标准规范、技术报告、论文、指导手册等出版物，在世界范围内广泛受到重视并产生很大影响，其全面系统、专业的标准，为国际电子制造业和工艺技术人员提供理论依据。IPC标准规范体系表(详见附表)包括印制板互连设计和制造工艺标准;材料标准;表面安装焊盘图形设计指南;元件组装焊接;清洗、末道工序接收条件;可焊接要求;各种装联材料要求等标准。各种标准号的具体名称，可利用以下网址查:。以下介绍几个主要的标准工艺、技术人员参考。2.1电子装联的基础标准首先了解TPrlJ-STD-O01《电子与电气组装件的焊接要求标准》，该标准是电子装联的最基础标准。众所周知，焊接的质量保证包括工艺材料的选用、元器件焊端的可焊性、印制板焊盘的可焊性、焊接环境的要求、焊接过程中工艺过程的控制、员工的素质等。J-STD-O01具有较强的系统性，标准中完整地包括以上各个因素。IPC的基础标准由EIA(ElectronicIndustrylliance，电子工业联合会)及IPC提供。名称冠以J的标准由这两大组织和ANSI(AmnericanNationalSeanrdinstienee美国国家标准学会)三家联合制定，是一个通用的国际焊接标准具有较高的权威性。该标准的目的是实现对组装件及焊接过程的控制，而不是仅靠最终检测决定产品的质量。标准中包含了工艺材料选用技术和原则指南及检验标准，实际使用时，将电子及电气组装中的焊接产品质量以推荐或要求的形式分为3级:第1级了一般电子产品:能满足功能要求的产品;第2级，用于服务的电子产品:包括要求具有连续工作和长寿命性能的产品。第3级，高可靠性电子产品:包括要求具有连续高可靠性能，或要求关键性能的产品。对各级别产品均分为有四级验收条件：目标条件完美、可接收条件可靠不完美、缺陷条件功能不满足照章处理和过程警告条件（由材料，设备，操作，工艺参数造成，可接受改进），标准细化提高了可操作性。产品质量要求，同产品的等级相结合，该高则高，该低则低，明确各级产品质量上可接收的基本要求通用性强。2.2IPC标准组合完整，配套性强如:IPCJ-STD-O01《焊接的电气和电子组装要求》标准发布后，为保证更全面，准确地理解和使用本标准，推荐与以下标准一起使用:IPCJ-HDBK-001(它是配合IPCJ-STD-001的辅助手册及指南)。此外，IPC-A_610电子组装件可接受条件标准(它的配合标准IPCJ-HDBK-001)，该标准1994年由lPC产品保证委员会制订，是关于电子组装外观质量验收条件要求的文件，共有179幅例证图片和图片说明，使验收者判断直观方便。1996年1月修定为B版，2001年1月修定为C版，2005年2月修定为D版，是国际通用的焊接质量验收标准。还有IPC-HDBK_610标准(它是配合IPC-A-610的辅助手册及指南)是一部支持性文献，它详述了IPC-A-610标准的内容和解释，限定了焊点质量从目标条件到缺陷条件的标准，判断的技术原理。此外，它提供的信息是我们更深刻的理解与性能相关的工艺要素，而这些工艺要素仅仅通过视觉万法通常是难以辨别的，(如防静电措施的重要性)。这本手册解释是非常有用的，可以具体处置、鉴别缺陷条件与过程警示相关的工艺流程，可以指导准确使用IPC-A-610标准。为保证IPCJ-STD-001的正确实施，还有以下一些配套标准，如:IPC/EIAJ-STD-002《元件引线，焊端，接线片及导线可焊性测试》;IPC/EIAJ-STD-003《印制板可焊性测试方法》;IpC/EIAJ-STD-004《助焊剂的要求》;IPC/EIAJ-STD-O05《焊膏的要求》;IPC/EIAJ-STD-006《电子设备用锡焊合金，带焊剂及无焊剂焊锡丝技术要求》;IPC/JEDECJ-STD-033《对潮湿敏感表面贴装元器件的处理，包装，运输及使用标准》;注:(JEDEc电子设备工程联合委员会标准)IPC-7711《电子组件的返工(包含SMT手工焊要求)》;IPC-721《印制板及电子组件的维修及修改》等系列组合标准，来保证电子组装件的焊接质量。2.3IPC标准制修订周期短如IPCJ-STD，O01发布于1996年10月，该标准发布后，取消了不适用的MIL-STD-2000(1994年发布)电气和电子组装件焊接技术要求，成为唯一电子互连焊接的标准。IPCJ-STD-O01在1998年4月修订为B版，删去了A版很多指导性的内容，增加了如何做的技术内容。2000年6月修订为C版，2005年2月修订为D版，平均2年半修订一次。2.4IPC标准能跟踪新技术，及时组织修订美国于1992年4月发布的IPCJ-STD-O02《元器件引线，焊端，接线片及导线肘可焊性测试》标准。是评价焊接过程中焊点表面可焊性能的标准，经过不断修改，最终在1998年10月公布出版，并取代MIL-STD-O02。该标准包含了SMD焊端模拟测试可焊性的方法的标准，规定了SMD细间距焊端可焊性的测试方法。测试参数比以前的标准具体，如采用润湿平衡法测试焊接性时，对镀金的焊端，或受助焊剂残渣影响的表面，测试时允许浸渍两次。测试锡焊温度统一为235℃，在浸渍与观察测试中等活性ROLl(RMA)助焊剂取代了ROLO(R)低活性助焊剂;焊料在锡焊中停留时间由5秒变为3秒。试验时，助焊剂预烘的烘干时间改为蒸发时间。J-STD-003印制板可焊性测试标准，于1992年发布，增加了PCB采用OSP(有机保护膜》涂层的可焊性测试的条件要求，因SMD向多引线，细间距的万向发展，对PCB的平整度，共面性要求越来越高，而PCB涂层一直以浸涂锡合金为主，将覆铜印制板浸入260℃的焊锡槽，再用热风整平，PCB受二次热冲击易翘曲，其涂层厚度不均匀，一般厚度范围在0.75μm-35μm，严重影响焊接质量。目前工业及民用电子产品己大量使用OSP，涂层范围只有0.2μm-0.5μm，适用于SMD，因此OSP也是目前标准新增的内容之一。J-STD-004，J-STD-005，J-STD-006分别提供了PCB组装中使用的几种材料标准。这些标准己被DOD(美国国防部)所采用，并且成为取代MIL-S-14256(助焊剂)与QQ-S-571(焊料合金)的参考性文件。其中J-STD-004《焊剂要求标准》，对常用的各种焊剂松香(RO)，树脂(RE)或有机(OR)采用L，M和H来表示活性的等级，如LO(R)低活性;LI(RMAA)申等活性;MO(RA)全活性，包括某些免清洗焊剂等;还有MI(RA),HO水溶性焊剂，HI(RSA)极活性，规定了各种活性焊剂的使用场合，如H和M型焊剂不应用于多股导线的搪锡。军用电子产品焊剂以(RO)型为主作了明确的规定。J-STD-O05《电子类焊膏的通用要求和测试方法》发布于1995年，并于1996年进行了修改，与IPC-HDBD-O05《焊膏性能评价手册》配套使用万对生产车间选用焊膏有相当大的帮助作用。对有关焊膏的特性万面，比如储存周期，使用期限(开盖后)和焊膏润湿性测试万法要求有全面的