电子辅料几个问题

电子辅料常见的几个质量问题

罗道军

（信息产业部电子第五研究所，广州 510610，luodj@）

摘要

本文论述了作者在多年从事电子辅料检测以及电子焊接失效分析工作中发现的几个常见于电子辅料主要是焊剂、焊料与清洗剂中的几个质量问题，

以及这些问题对所组装的电子产品可能带来的质量与可靠性问题，以引起有

关方面的关注。

前言

随着电子信息产业的蓬勃发展，服务于电子组装与加工的电子辅助材料的需求也急剧增长，其中最主要且用量很大的就是助焊剂、焊锡丝、焊锡条以及焊锡膏，这些材料的质量好坏与否对电子产品的质量与可靠性有着及其重要的影响，我们在多年的电子辅料的产品检测与电子产品的失效分析中发现，许多电子产品的早期组装失效中，极大部分都是由于这些电子辅料的使用不当或辅料本身的质量指标不符合要求造成的，还有一部分是工艺设计本身的不足引起的。因此，必须首先对所使用的电子辅料进行分析检测，确定该产品是否满足标准或规范，目前这些电子辅料大多有国内国际标准；其次对符合标准的产品进行工艺使用试验，确定工艺与材料的匹配性，工艺试验还应包括试验成品的可靠性试验；最后，还需适时监控所用的电子辅料在使用过程的质量变化，如贮存期、使用寿命以及批次产品间的差异等。本文将就目前助焊剂、焊锡丝、焊锡条以及焊锡膏的检测与使用过程中存在的常见质量问题进行分析讨论，以引起这类产品的有关各方的关注。

下面按产品的种类分别介绍在我们工作中常见的几个质量问题。

一、 助焊剂

助焊剂的作用主要是去除待焊接面的氧化物，改善焊料对被焊接面的润湿，从而形成良好的焊接连接。助焊剂的质量和其与工艺的兼容性对良好焊点的形成有着极其重要影响，因此，必须仔细分析产品的技术指标，深入理解其对焊接工艺带来的影响，才能决定选用好助焊剂产品，同时也才能尽快准确地分析焊接失效问题，找到解决焊接不良的办法，以便工艺生产连续顺利的进行。

电子焊接使用的助焊剂的主要性能指标有：外观、物理稳定性、密度、粘度、固体含量（不挥发物含量）、可焊性（以扩展率或润湿力表示）、卤素含量、水萃取液电阻率、铜镜腐蚀性、铜板腐蚀性、表面绝缘电阻、酸值等。下面简要地对这些技术指标进行解析，以方便理解其含义。

助焊剂外观首先必须均匀，液体焊剂还需透明，任何异物或分层的存在均会造成焊接缺陷；物理稳定性则要求在一定的温度环境（一般5～45℃）下，产品能稳定存在，否则在炎热的夏天或严寒天气就不能正常使用；密度与粘度则是工艺选择与控制参数，必须有参考的数据，太高的粘度将使该产品使用带来困难；固体含量表示的是焊剂中的非溶剂部分，实际上它与不挥发物含量意义不同，数值也有差异，后者是从测试的角度讲的，它与焊接后残留量有一定的对应关系，但并非唯一。可焊性指标也非常关键，它表示的是助焊效果，如果以扩展率来表示，孤立的讲它是越大越好，但腐蚀性也会越来越大，因此为了保证焊后良好的可靠性，扩展率一般在80～92％间。将含卤素（F、Cl、Br、I）的活性剂加入助焊剂可以显著的提高其可焊性，改善焊接效果，但如果含量过多则会带来一系列的腐蚀问题，例如焊接后卤素残留多时会造成焊点发黑、并循环腐蚀焊点中的铅产生白色粉末，因此其含量也是一个非常主要的技术指标，它是以离子氯的含量来表示的离子性的氯、溴、碘的总和，由于检测标准不同可能有不同的表示含义，比如现行的IPC标准则是以焊剂中的固体部分作分母，由于固体部分（即不挥发物含量）通常只占液体焊剂的10％以下，因此它的表示值看起来通常较大，而GB或旧的JIS（日本工业标准）标准则以整个焊剂的质量做分母，其值就相对较小。水萃取液电阻率反映的是焊剂中的导电离子的含量水平，阻值越小离子含量越多，焊后对电性能的影响越大，目前按照树脂型焊剂的标准要求，低固态或有机酸型焊剂大多达不到A类产品（JIS Z 3283－86）和GB9491－88规定的RMA类型产品的要求。随着助焊剂向低固态免清洗方向发展，因此最新的ANSI/J-STD-004标准已经放弃该指标，但在表面绝缘电阻一项指标里加严了要求。助焊剂由于其可焊性的要求，必然会给PCB或焊点带来一定的腐蚀性，为了衡量这种腐蚀性的大小，各种标准均规定了腐蚀性的测量方法，其中铜镜腐蚀是测试使用时当时的腐蚀性大小，铜板腐蚀测试反映的是焊后残留物的腐蚀性大小，指示的是可靠性指标，因此各有侧重，对有高质量和可靠性要求的电子产品，必须进行该项测试，并且其环境试验时间需10天（一般7～10天）。此外，一个最重要的指标就是表面绝缘电阻（SIR），各标准对助焊剂的焊前焊后的SIR均有严格的要求，因为对用其组装的电子产品的电性能影响极大，严重的可造成信号紊乱，不能正常工作，按GB或JIS标准的要求SIR最低不能小于1010?，而J-STD-004则要求SIR最低不能小于108?，由于试验方法不同，这两个要求的数值间没有可比性，对于某些产品而然，其要求会更高。

目前助焊剂的质量问题主要表现在以下几个方面：

1、表面绝缘电阻不合格。由于兼顾到可焊性和焊后板面洁净度的要求，生产商在助焊

剂中添加的活性物质或吸湿性物质的量偏高，易引起焊接前后或湿热试验后的SIR 偏低，如果使用该助焊剂，其加工的电子产品或迟或早会出现信号不稳等绝缘性问题。这类问题在所检产品中占到8％。

2、腐蚀性不合格。约近一成的产品（包括各种焊剂：液体焊剂、焊锡丝芯焊剂、焊锡

膏中的焊剂部分等）的铜镜腐蚀试验显示穿透性腐蚀面积超过50％，而其标识为RMA、A、M0～1、L0～1类型产品或免清洗产品。铜板腐蚀试验也有约3％的产品不合格，经湿热试验后在焊接后的焊点周围显示明显变色腐蚀迹象。

3、水萃取液电阻率偏低。约85％以上的非树脂型助焊剂产品的该项指标达不到5×

104?·cm的最低要求。尽管J-STD-004标准已无该项指标，但免清洗类产品的水萃

取液电阻率最好在1×104?·cm 以上，否则要求较高的电子产品（如通信类电子产品）后期的可靠性问题就会较多。

4、卤素含量过高。每类型的助焊剂产品各标准均规定了其合格值范围，如果超过太多，

尽管可焊性很好，但后期的腐蚀性必然难以过关，造成焊点和元器件引线脚发黑，时间长了PCBA 板面产生多孔性沉积物，最后引起短路、开路等失效，这类失效问题比例相当高。下面是Cl －

对焊点中Pb 的循环腐蚀过程：

Pb + 1/2O 2 → PbO 2HCl + HCO 3- ← CO 2 + H 2O + Cl -

↓ ↓

PbO + 2HCl → PbCl 2 + H 2O

↑ ↓

PbCO 3 + 2HCl ← PbCl 2 + H 2O + CO 2

↓

多孔性腐蚀沉积物

图1 卤素离子对焊料腐蚀的循环过程简图（二氧化碳与水分来自空气）

所以助焊剂这种电子辅料的选用非常关键，弄不好会造成整批产品的报废，曾经有某公司用含银焊料焊接交换机电路板时，装机后数月发生大面积银迁移失效现象，几乎整批板需更换，引起很大损失。经分析，其原因为所用助焊剂的卤素含量偏高，此前该公司甚至未进行过该助焊剂产品的鉴定试验，更别提进行工艺试验了。关于助焊剂的选择与使用请参考文献【1】。

二、

焊 锡 条

焊锡条是电子焊料中用量最大的一种，大量用于波峰焊和手工浸焊工艺。由于焊锡条的生产工艺简单，大大小小的厂家多如牛毛，质量也就参差不齐，因此，必须小心鉴别，从我们每年近千个样品的检测分析，发现主要的问题是：

1、 规格不符，以次充好。焊锡条的规格通常是以锡的含量（度）来表示，由于锡的价格是铅的近10倍，因此不良厂商常常用降低锡含量的方法来赚取更大的利润。例如Sn63的共晶焊料的锡含量63％±1（见J-STD-006）,实际上许多样品检出来只有60％或更少。造成在同样的工艺（焊接温度）下，锡含量低的产品的润湿性差，从而引发焊接缺陷。

2、 杂质含量超标。相当一部分（约占所检样品的25％）样品的杂质含量超标，不少厂家使用回收的废锡进行加工，又无条件去除回收焊料中的杂质，有的由于生产工艺粗糙带来，或原材料本身不合格等原因造成的。下表是不同标准对杂质含量的限制要求以及超标可能带来的危害。

表1 各标准规定焊料中杂质含量的允许极限值（最大值） J-STD-001C 杂质

元素 GB8012-2000 (Sn63A) JIS Z 3282-86(H63A)

J-STD-006 预浸焊波峰超标可能引起的质量问题

Sb 0.012 0.30 0.50 0.500 0.500焊料硬脆、润湿性差

Bi 0.01 0.05 0.10 0.250 0.250熔点降低，焊点强度变差

Fe 0.01 0.03 0.02 0.020 0.020焊料熔点升高，流动性差

As 0.010.02 0.03 0.03 0.030 0.030产生小气孔，脆性增加

Cu 0.001 0.05 0.08 0.750 0.300焊料硬而脆，润湿性差

Zn 0.001 0.003 0.003 0.008 0.005焊料粗糙，起霜，氧化加快

Al 0.001 0.005 0.005 0.008 0.006焊料粘滞，起霜多孔

Cd 0.001 0.005 0.002 0.010 0.005焊料疏松易脆

Ag 0.015 / 0.05 0.750 0.100失去自然光泽，出现白色粒状物In / / 0.10 / / 焊点强度降低

Ni / / 0.01 0.025 0.010起泡，形成硬的不溶物

备注1、标准GB8012-2000、JIS Z 3282-86与J-STD-006适用于未使用过的焊料；

2、标准J-STD-001C适用于使用中（过）的锡炉中的焊料，当杂质超标时需及

时更换。

此外，焊锡条的使用过程中，会带入许多杂质，最常见的就是电路板上溶解下来的铜杂质。因此需定期对锡炉中的焊料按J-STD-001C的要求进行检验，但许多用户对此缺乏认识。

三、 焊锡丝

焊锡丝是铅锡合金内包含固体焊剂的线状焊料，手工焊接中大量使用焊锡丝，就是自动化很高的波峰焊或再流焊工艺也难以达到零缺陷的标准，因此仍需用焊锡丝进行人工补焊。所用焊锡丝产品的质量如何，对电子产品的质量与可靠性的影响很大。焊锡丝目前有GB3131和JIS Z3283等技术标准，树脂芯焊剂部分则参考上述助焊剂的方法进行检测，合金部分的检测则可按焊锡条的有关条款进行。除此以外，焊锡丝本身也有一些项目很关键，如喷溅量测试、均匀性、连续性等。下面是焊锡丝目前存在的主要质量问题：

1、腐蚀性过大。由于焊锡丝中所使用的树脂芯焊剂的卤素含量大都较高，所使用的

电烙铁铁头寿命极短。

2、喷溅量过高。喷溅量反映树脂芯焊剂的热稳定性，如果喷溅量过大则极易引起短

路或腐蚀问题，因为颗粒状的焊剂飞溅到密集的焊盘间，容易引起绝缘性下降以

至导通。

此外，由于使用电烙铁焊接时温度较高，因此，焊锡丝的合金部分中锡的含量经常不合格的质量问题不容易觉察，因为锡的含量偏低对焊接效果的影响易给烙铁头的高温所抵消，不经检测难以发现问题。

四、 焊锡膏

随着SMT组装工艺的迅速普及与发展，所使用的关键材料焊锡膏的用量也增长迅速。由于使用SMT工艺的电子产品一般均是质量要求较高的产品，对焊锡膏的要求也较高。焊锡膏主要由膏状助焊剂与铅锡合金粉（无铅焊料用量也日趋增长）混合而成。

除了助焊剂部分和合金部分符合上述提到的有关要求外，其本身还有一些非常关键的技术指标，如：坍塌性能、润湿性、粘度、合金粒度分布、合金粒度形状、锡珠试验等。

在对焊锡膏的检测和其制成焊点的金相分析，我们发现目前焊锡膏易出现的质量问题：

1、合金颗粒形状不符要求。这跟锡粉的制成有关的质量问题，不规则或非球形的

颗粒比例太大，必然影响焊膏的印刷性能。

2、坍塌性能不理想。常温和高温（150℃）时均要求在印刷后的焊锡膏具有良好

的抗坍塌性能，否则极易引起连焊。

3、锡珠试验不合格。产生的锡珠过多和过大均属不合格，会引发电性能失效问题。

这主要是由于焊锡膏中的助焊剂部分不稳定以及锡粉发生氧化造成，通过调整

再流焊工艺曲线可以减少前一原因引起的锡珠，但锡粉氧化引起的锡珠一般难

以解决，因此，使用前对焊锡膏产品的检测必不可少。

五、电子清洗剂

电子清洗剂专门指用于电子电器清洗的一类溶剂。主要用在PCBA以及接插件的清洗，保持良好的电连接以及防止焊接后残留物对电气线路的腐蚀等。性能良好的清洗剂不仅要求有良好的清洗效果，还必须对PCB或元器件无腐蚀，绝缘性能好，带电清洗的清洗剂还要求较高的电气强度（耐压）值，同时还需符合环保方面的要求，最好无闪点安全性好等。但在我们的工作中，能同时满足以上要求的产品并不多。主要的问题是：

1、安全性能不够理想。许多产品的闪点太低，易在使用环境引起火灾隐患；

2、对清洗对象的兼容性差。由于PCBA上使用的材料多，元器件的包封料及油墨字迹

常常不能同时耐清洗剂的溶解腐蚀；

3、电气强度不高。某些极性溶剂组成的清洗剂或溶剂中离子性物质夹杂太多，会明显

降低其电气强度，易造成清洗过程失效事故。

4、难以满足基本的环保标准。联合国环境规划署关于破坏臭氧层物质的使用有严格的

规定，在人们日益关注环境质量的今天，这种规定将愈显重要，而在某种意义上是强制的。因此，研制环保型的电子清洗剂就极为紧迫。但目前大多清洗剂仍然含有卤代烃类物质，如1,1,1-三氯乙烷，三氯乙烯以及二氯乙烷等。

此外值得一提的是，由于目前国际国内尚无统一的电子清洗剂的有关技术标准，仅是参考有关材料的技术要求或试验方法进行检测，其数据常常仅具有参考价值，但这种参考又是十分必要的、基本的。

电子工业用的辅料种类繁多，这里仅简要的谈到其中最常用的几种，理解其中的技术性能对材料选用非常关键。无论如何，电子辅料的管理和质量控制是一件非常繁琐的工作，但它却是电子产品生产中非常重要的一环，不可等闲视之。

参考文献

1、《J-STD-004标准与助焊剂的选用》罗道军等，《电子质量》2001年第8期，P131～

135。