助焊剂的选用.pdf

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1、J-STD-004J-STD-004 标准与助焊剂的选用标准与助焊剂的选用罗道军信息产业部电子第五研究所 (510610)摘要摘要简要介绍了美国联合工业标准JSTD004对助焊剂的分类方法与有关技术要求，并就该标准与传统各类助焊剂标准的异同进行了分析比较。同时，根据作者多年从事电子产品失效分析与助焊剂产品检测的经验，提出了各种不同产品或工艺线对助焊剂产品的选用方法和基本原则。关键词关键词助焊剂标准选用AbstractAbstract The classified methods and requirements of American nationaljoint industry standa

2、rd J-STD-004 were introduced in this article simply, and acomparison between J-STD-004 and other flux standard has been taken too.Meanwhile, basic means and principles of Choosing and using fluxes havebeen presented on the basis of authors experience in many years from testingfluxes and failure anal

3、ysis of electronic products in the end.Key wordsKey words flux standard choiceand use1 1、前言、前言助焊剂是电子工业中最重要的辅助材料之一， 它在电子装配工艺中影响电子产品质量与可靠性。随着现代信息电子工业的迅猛发展，助焊剂的用量越来越大，对其质量的要求也越来越高。因此，如何更好地选用适合的助焊剂，做到既满足产品质量与可靠性的要求又不造成浪费就显得十分重要。由美国军方、IPC、EIA 以及各国著名的助焊剂生产商共同制定的、适应性很强的联合工业标准-J-STD-004(Requirements for Sol

4、dering Fluxes) 标准就是目前国际上最盛行的助焊剂标准， 但国内许多相关生产厂商对此并不十分了解， 也不了解依据该标准获得的检测数据或参数的意义，从而造成了选择使用焊剂的误差。本文阐述了J-STD-004 标准的有关要求，并为用户选择使用助焊剂提供指导意见。2 2助焊剂的有关标准助焊剂的有关标准在 1995 年制定 J-STD-004 标准以前，国内外已经有许多助焊剂的标准、技术要求和试验方法，例如：GB9491-88、JIS Z319786、QQS571、MILF14256 以及 IPCSF818 等，此外还有适用于焊锡丝树脂芯焊剂的 GB313188 与 JIS Z3283 8

5、6 等。这些标准大多数是 80 年代制定的，有些适用范围比较窄，比如国标 GB9491 是早期对松香型焊剂的要求标准，现在已不能适应助焊剂发展的需求，如该标准中有规定固体含量(不挥发物含量)必须大于 15这类令人无所适从的要求等。为了适应电子工艺的发展，助焊剂也朝低残注：本文发表于 2001 年电子质量第 8 期1留、免清洗的方向发展，于是国内曾经出现免洗型焊剂的试行标准，但该标准存在明显的缺陷，比如给免洗焊剂的概念规定了如固体含量、离子污染值(该参数与助焊剂使用的工艺条件、PCB 等有关，并非为助焊剂所特有的指标)等具体的技术指标。因此，根据我们长期从事助焊剂检测与研发的经验和分析， JST

6、D004 是目前最适用的标准， 但必须熟悉该标准的有关要求以便更好地根据该标准选择焊剂。3 3J JSTDSTD004004 的特点与技术要求的特点与技术要求JSTD004 标准几乎包括了所有类型的焊剂。对于 JSTD004 而言，没有不合格的助焊剂产品，仅仅类别不同而已，这就给焊剂的选用造成一定的困难。所以用户必须首先熟悉该标准的分类方法以及每类产品的技术特点，然后根据自己的情况作出最佳的选择。JSTD004 将所有焊剂分成 24 个类别，涵盖了目前所有的焊剂类型。首先，该标准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(Organ

7、ic、OR)； 无机型(Inorganic、IN)。括号中的缩写字母为代号。其次，根据铜镜试验的结果将焊剂的活性水平划分为三级： L (表示焊剂/焊剂残留物的活性低或无活性)， M(表示焊剂/焊剂残留物活性中等)，H(表示焊剂/焊剂残留物高活性)；再根据焊剂中有无卤素进一步细分为 L0、L1、M0、M1、H0、H1，其中 0 表示无卤素，1 表示有卤素。助焊剂的分类如表 1 所示。表中各种分类是以焊剂中固体部分的主要组成为依据的， 比如焊剂的固体部分中以有机酸为主，则该焊剂类型用OR 表示。表中第二列为焊剂的活性水平与焊剂类型，第三列则是焊剂的标识，例如 ROL1 焊剂表示该焊剂为松香型、低活

8、性、卤素含量低于 0.5%。值得注意的是， 该标准的卤素含量表示方法与以前其他标准形式一样但含义不同， 这是由于测试方法不同所造成的，本标准引用的测试方法基本来自 IPCTM650，其卤素含量是指卤素占焊剂固体部分的含量，旧标准比如 GB9491 或 JIS Z319786 等则是指卤素占整个焊剂的含量，因此，用 JSTD004 标准规定的卤素含量常常比旧标准的规定高得多，它们之间无法直接进行比较。根据以上分类，则大部分旧标准中的 RMA 焊剂相当于 JSTD004 规定的 ROL1 类型焊剂；许多低固态免洗焊剂属于 ORM0(有机酸、中等活性、无卤素)类型焊剂；而大部分水溶性膏状焊剂则属于

9、ORH0 类型焊剂。表 2 则是 JSTD004 规定的焊剂活性分类的检测技术要求，同时也是当用户或供应商指定焊剂标识或类型后检测合格与否的基本依据。例如，对于表面绝缘电(SIR)，L0 或L1 均要求焊接后（清洗和未清洗）应大于 100M；而 H 类型产品则要求清洗后达到该要求。此外，该标准与以前其他标准的明显不同是，对水萃取液电阻率没有具体的规定。笔者认为可能是本标准的 SIR(表面绝缘电阻)测试方法(在 85、85RH、DC50V 下 168h 后直接在该环境下测试)非常严格，其中包含了水萃取液电阻率测试的目的与要求的缘故。同时，注：本文发表于 2001 年电子质量第 8 期2根据笔者对

10、大量测试数据的分析发现， 除了松香含量较高的部分松香性产品外， 很少有其他样品能达到原来标准规定的基本要求(如 RMA 型需大于 5104cm)。所以，去掉该项要求是合理的，也适应了焊剂发展的需要。此外，JSTD004 规定的 SIR 的合格值与一些旧标准规定的合格值(如 RMA：1011)相比小了很多，这是由于J 标准引用的测试方法基本上来自 IPCTM650，后者的测试条件与旧标准比起来严酷得多，新旧标准之间的 SIR 值大小没有可比性。表表 1 J-STD-0041 J-STD-004 对助焊剂的分类对助焊剂的分类焊剂(主要)组成材料焊剂活性水平(卤素含量)/焊剂类型Flux Mater

11、ials ofFluxActivity Levels(% Halide)/ Flux TypeCompositionLow (0.0%)L0RosinLow (2.0)H1Low (0.0%) L0ResinLow (2.0)H1Low (0.0%)L0OrganicLow (2.0)H1Low (0.0%)L0InorganicLow (2.0)H1焊剂类型L0L1M0M1H0H13焊剂标识(代号)Flux DesignatorROL0ROL1ROM0ROM1ROH0ROH1REL0REL1REM0REM1REH0REH1ORL0ORL1ORM0ORM1ORH0ORH1INL0INL1INM

12、0INM1INH0INH1铜镜试验铜镜无穿透现象铜镜穿透性腐蚀面积50%表表 2 2焊剂活性分类的测试要求焊剂活性分类的测试要求卤素含量卤素含量(定性)(定量)铬酸银试含氟点测(Cl,Br,F)验(Cl,Br)试 (F)0.0%通过通过 2.0%不通过不通过SIR 必须大于腐蚀试验100M的条件无腐蚀轻微腐蚀较重腐蚀清洗与未清洗清洗或未清洗清 洗注：本文发表于 2001 年电子质量第 8 期4 4 焊剂的选择焊剂的选择4.1 J4.1 J 标准与传统标准的焊剂类型性能比较标准与传统标准的焊剂类型性能比较为了更好地选择适合自己的焊剂，我们对传统的焊剂分类方法划分的焊剂类型与JSTD004 规定的

13、 L、M、H 各类型焊剂进行比较分析，以便给用户一个更清晰的轮廓，表3 就是它们之间的分类比较表。由表中可看出，一个低固态免清洗焊剂可能是 L1 类型焊剂也可能是 M0 类型焊剂，有些工艺线可以用REL1 类型的低固态免洗焊剂产品，而有些则不能用 ORL1 的低固态免洗类型，显然 JSTD004 的分类更具有广泛性，用活性与腐蚀性与卤素含量及主要材质来细分焊剂类型，更有利于用户根据自己产品实际情况的选择使用。序号12345678910114.24.2 消费类电子产品的一般分类方法消费类电子产品的一般分类方法我们借用另一个 J 标准，即 JSTD001B(电气焊接与电子装配的技术要求)中规定的有

14、关终端电子产品的分类方法。该标准根据主要功能或性能的要求将电子产品分成三大类：第一类为通用电子产品，主要是普通的消费类电子产品，如收录机、收音机等。第二类为所谓专门、耐用消费类电子产品，包括对性能与寿命均有一定要求但并非十分严格的产品，这类产品要求在典型的使用环境条件下不能出现早期失效情况， 例如计算机、 通讯产品与一些汽车电子产品等。 第三类则是高性能要求的电子产品， 包括那些需连续高性能和恶劣的环境条件下使用、但在寿命期内又不能出现失效现象的电子产品，例如军事用途产品、航空航天电子产品以及用于救生系统的电子产品等。4.34.3助焊剂的选用助焊剂的选用虽然 JSTD001B 规定电子电气焊接

15、工艺中的焊剂必须符合 JSTD004 的要求，但没有给出如何从 24 种焊剂类型中选用焊剂的指导意见，仅仅规定了第三类电子产品的焊接装配线只能选用 ROL0、ROL1、REL0、REL1 以及 ORL0 类型焊剂，ORL1 类型的焊剂不能用于免清洗焊接工艺的要求。 因此只有选定焊剂类型后， 各项指标的要求才能具体化和便表表 3 3传统焊剂的分类与传统焊剂的分类与 J JSTDSTD004004 的分类比较的分类比较JSTD004 分类与之相当的传统焊剂分类所有 R 类型焊剂L0 类型焊剂一些低固态“免洗”型焊剂一些 RMA 类型焊剂L1 类型焊剂大部分 RMA一些 RA 类型M0 类型焊剂一些

16、 RA 类型一些低固态“免洗”型焊剂M1 类型焊剂大部分 RA 类型焊剂一些 RSA 类型焊剂H0 类型焊剂一些水溶性焊剂H1 类型焊剂一些 RSA 类型焊剂大部分水溶性焊剂与合成活化焊剂注：本文发表于 2001 年电子质量第 8 期4于操作。首先，助焊剂用户必须自我决定焊接装配产品的类别，然后，我们再根据长期进行电子产品失效分析与焊剂检测的经验， 向用户推荐根据表 4 来选择的助焊剂产品。 值得注意的是，电子装配焊接工艺中一般不用无机焊剂，否则极易出现腐蚀与漏电现象，造成电子产品早期失效。电子产表表 4 4 可供选择的助焊剂类型可供选择的助焊剂类型焊接后的清洗工艺中可用的焊剂类型焊接后的免清

17、洗工艺中可用的焊剂类型Resin (RE)Organic(OR)Rosin (RO)Resin (RE)Organic(OR)L0,L1,M0,M1L0,L1,M0,L0,M0L0, M0品类别 Rosin (RO)1 L0,L1,M0,M1,H0,H1L0,L1,M0,M12 L0,L1,M0,M1L0,L1,M0,3 L0,L1 L0,L1L0,L1L0表 4 所给出的建议反映的是一般情况， 即按表 4 的分类进行助焊剂产品的选用时， 在通常条件下不会出现焊接或产品质量与可靠性问题。 如果采取必要的措施后能保证满足焊接和产品质量的要求，也可作出其它选择，例如第二类产品也可使用水溶性的H0

18、焊剂，只要能保证焊接和清洗后无相关的质量问题即可。JSTD001B 对第三类电子产品规定其免清洗工艺装配不能使用 ORL1 类型焊剂是有道理的， 这是因为， 如果不用树脂或松香覆盖卤素残留物，就有潜在的腐蚀性（即使这种残留物只有一点点） 。所以免清洗焊剂是相对的，是对一定的电子产品而言的， 要专门指定一个免清洗焊剂标准意义不大， 比如要求免清洗焊剂的固体含量低于 2就更没有理论依据和实际意义，倒不如直接采用 JSTD004 标准的做法，将焊剂分成 24 种类别，根据自己的电子产品的分类或要求来选用适合的助焊剂。但是在作出选择时需要一定的经验，因此建议按表 4 的方法选用焊剂。当焊剂类型确认以后

19、，委托有能力的、 独立的第三方机构进行测试， 鉴定该种产品是否符合所选定焊剂类型的技术要求， 合格后方可进行试用； 焊接质量与可靠性测试合格后， 方可确认供应商及其助焊剂产品。5 5、结束语、结束语根据我们的工作经验，ANSI/JSTD004 是目前最适用的助焊剂标准，目前在国内旧标准不太适用，新标准又尚末制定的情况下，建议采用该标准。同时，我们也建议，我国将来在制定助焊剂标准时不妨等效采用 JSTD004 或作些修改后采用。参考文献：参考文献：1 ANSI/JSTD004 Requirements for Soldering Fluxes；2 ANSI/J STD 001B Requirements for Soldered Electrical and Electronic注：本文发表于 2001 年电子质量第 8 期5Assemblies;3 IPCTM650 TEST METHODS MANUAL注：本文发表于 2001 年电子质量第 8 期6