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%，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(Association connecting Electronics Industries)，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
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(Electronic Industry lliance，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。

IPC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/JEDEC J-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。

IPC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。

IPC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μm-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μμm，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
法要求有全面的指导作用。

J-STD，006焊料合金标准于1995年发布，并于1996年进行了修改。

标准中讨论了80多种焊料合金，对焊膏中焊料颗粒尺寸分布测试方法作了个规定，该标准将20多种无铅焊料纳入范围中，推广应用共晶点217℃，其成分为的无铅焊料。

IPC-A-610《电子组装件可接受条件》标准，该标准在2001年1月修定为C版，2005年2月修定为D版，主要内容差别如下:
"术语与定义"增加了通孔再流焊的内容，随着再流焊工艺技术的发展，现在SMT和THT均采用再流焊工艺。

根据MlL-HDBK-217标准，元器件连接的工作失效率模型数据可知，再流焊失效率λb=8-5/106小时，波峰焊λb=106小时，手工焊λb=106小时，
再流焊比波峰焊、手工焊的失效率低很多，特别是印制板的焊接，首选再流焊工艺，能提高焊点的可靠性。

"3. 电子组件的操作"，对EOS(电气过载)ESD (静电放电)防护等内容，将C版推荐操作的习惯做法，修定为D版的操作注意事项具体的准则及防护方法，增加标准可操作性内容。

因现代芯片技术向微小方向发展，对芯片及表面贴装元件的静电防护非常重要，器件由于静电造成软击穿，依靠外观检查是查不出来的，必须依靠内容具体的可操作性标准，使元器件在运输，保管，生产，调试的全工艺过程中，保证元器件不被静电击穿。

"5. 焊接可接受性要求"，在D版中将焊接可接受要求，对各种缺陷更具体化，如:暴露基本金属的程度、针孔、气孔、不润湿、半润湿、焊料过多、桥接、焊点断裂、拉尖等缺陷最大可接受程度的要求，可接受的等级，内容更丰富具体。

此外，因无铅焊接料在电子行业，快速推广使用，在D版中增加了无铅焊接焊点与焊缝起翘、热裂纹等的可接受的等级要求，无铅焊一般焊接温度高，焊料润湿性较差，焊点外观要求与有铅焊比有些差异，但质量要求是相同的。

在此不能一一分析比较，总之IPC标准能跟踪新技术，组织标准的修定是很及时的。

印制板组装中三防工艺标准方面
由于SMT组装密度高，焊点间距小，有的间距有0.7mm，因此，电子产品的设计和工艺人员要非常重视三防工艺的实施。

根据IPC-2221-表可知，有三防涂覆的印制板，耐压可提高一倍以上，因此美国制定了IPC-CC-830印制板组装电气绝缘性能和质量手册及其配套的标准，IPC-HDBK-830《敷形涂层的设计，选择和应用手册》也是国际军民两用标准，该标准对使用频率
不同的印制板组装件使用不同的涂覆材料，如高频采用XY型(派拉纶)真空涂膜，一般可采用AR型(丙烯酸树脂)，IJR型(聚氨酯树脂)，SR型(有机硅树脂)，ER型 (环氧树脂)等材料根据电子产品使用环境三类情况来选择涂覆材料，并对各种涂层厚度有具体的尺寸要求及质量要求提出了具体的规定，特别是国内外已开始应用选择性喷涂设备，将PCB三防涂覆由手工操作变成PC机控制自动操作，对不需喷涂的部位，不再需要进行人工掩膜保护操作。

军用PCB组装件应用派拉纶 (parylene)真空成膜工艺即应用二甲苯环二体，在真空下裂解成聚对二甲苯，沉积成10μm左右的透明薄膜工艺以及SR型有机硅树脂为主，涂层厚度均为30-130μm。

目前国内此类标准配套性很差，航天系统只有UR型喷涂标准。

3. IPC有关印制板组装件清洗标准制定情况
印制电路板在组装过程中，有手汗、"助焊剂、油污等，如清洗不净，会造成元器件，印制电路氧化腐蚀，降低产品的可靠性能，特别是航天军用电子产品，必须进行严格而有效的清洗，以彻底去除助焊剂残渣、手汗、防氧化油等污染物。

清洁度要达到有关标准的指标。

1990年以前，航天电子产品清洁剂以CFC-113(三氟三氯乙烷)为主，应用QJ/2158-85汽相清洗工艺细则，没有清洗质量检测及洁净度评定等有关标准。

电子产品在环境试验后，发现元器件引线腐蚀，印制线开裂等质量问题。

表面离子污染物测试标准
国内在1990年后表面离于污染物测试万法，主要按以下3个标准:
(l)MIL-STD-20OOA标准，规定:
离子污染物含量<μgNaCl/cm2
(2)MIL-P-28809标准，规定:用清洗溶液的电阻率作为清洁度的判据，溶液电阻率大于2×106Ωcm。

"
(3)GB/T4677标准，测试万法和清洁度要求与MIL-P-28809相同。

但按标准进行测试的单位很少。

指导测试清洗的标准
目前国际上己淘汰消耗臭氧物质 (ODS),CFC-113清洁剂己禁用。

新型清洁剂、清洁万式种类增加，IPC也及时制定了一系列标准，广泛地用于指导测试清洗的效果，主要标准如下:
1)IPC-CH-65《印制板组装件清洗导则》，根据残留物的类型，选用清洁剂以及清洁方法;
2)IPC-SC-60《锡焊后溶剂清洁手册》;
3)IPC-SA-61《锡焊后半水溶剂清洁手册》;
4)IPC-AC-62 《锡焊后水溶剂清洁手册》;
5)IPC-TR-583 《离子洁净度测试》;
6)IPCTM-650 《试验方法手册》;
清洁度要求如下:
1)用ROLO(松香型，低活性)或ROLl型(松香型，中活性)焊接的组装件，当用静态荤取方法测定时，其污染物小于μ/cm2氯化钠 (NaCl)离子残留物含量。

2)松香助焊剂含量，按IPC-TM-6500的测试万法进行，应符合下列最大允许值:
1级电子产品外于200μg/cm2
2级电子产品小于100μg/cm2
3级电子产品小于40μg/cm2
焊盘图形标准制定情况
焊盘图形标准，是电路设计人员、印制板制造工艺、电子组装工艺必不可少的指导性文件，该标准必须紧跟新元件系列的发展，不断修定完善。

早在1987年就制定的IPC-SM-782《表面贴装设计和焊盘图形标准》，将电子产品常用的元器件，焊盘的尺寸和容差方面的要求制定在该标准中。

通过几年的应用，在1993年进行了一次彻底的修正，将该标准修订成A版，到1999年又对引脚间距小于1.0mm的BGA器件的焊盘图形尺寸，形状和容差进行了修正，保证焊点的焊缝满足强度的要求。

随着微电子技术快速发展，SMC/SMD品种日益增多，尺寸越来越小，密度越来越高，在2005年2月发布IPC-7351《表面贴装设计和焊盘图形标准通用要求》替代了落伍的IPC-SM-782A标准。

IPC-7351不只是增加新的元件系列和新的焊盘图形设计的补充标准，如增加了方型扁平无引线封装QFN(QuadFlatNO-lead)和小外型无引线封装SON(SmaIlOutlineNo-lead)，该标准还是一个反映焊盘图形方面的研发、分类和定义，建立新的CAD数据库关键元素等全新的标准。

IPC-7351为每一个元件提供三个等级焊盘图形几何形状的概念，设计可根据产品密度等特点进行选择:
密度等级A，允许最大的焊盘尺寸——适用于常规组装密度。

典型用途如:军用电子产品，便携/手提式电子产品，用于高冲击或震动环境申的产品。

焊盘尺寸大，焊接结构最坚固;并且在故障情况下，很容易进行返修。

密度等级B:中等焊盘尺寸，适用于中等组装密度，提供坚固的焊点为主。

密度等级C:焊盘最小极限尺寸，可实现最高的元件组装密度，适用于微型器件组装。

该标准根据以上三个等级选择后，能提供一系列配套的尺寸，如器件之间的间距，贴装区的余量等。

IPC-7351能提供焊盘图形尺寸智能命名规则，方便设计查询各种焊盘图形其智能焊盘图形命名规则有助于工程、设计和制造之间的元件信息交流。

而IPC-SM-782只能推荐一种焊盘图形尺寸，焊盘图形采用三位数字命名，没有元器件其他智能信息。

IPC-7351标准根据焊盘图形命名，如:QFP8OP1720*2320-80N该器件为QFP封装，引线间距，元件引线跨距X=17.20mm,Y=23.20mm，引线数量80针，N:为采用中等焊盘尺寸设计。

目前薄型小尺寸封装TSOP(Thinsmalloutlinepackage)元件激增，用三位数字命名己不够用，它根据器件的图形特性命名。

根据该图形的命名，在CAD数据库可查询焊盘设计指南和组装中应考虑的问题，如元件和焊盘的通路设计、丝网印刷模板尺寸要求、PCB基准点(Mark)位置尺寸、焊接工艺、再流焊工艺组装应考虑的问题等，该标准实用性，可行性很强。

为确保 SMT电子产品的可制造性和可靠性设计制定了儿项标准，配套使用:
lPC-D-279 《高可靠印制电路板表面贴装设计准则》;
IPCJ-STD-01 《倒装焊及芯片尺寸封装技术的实施》;
IPCJ-STD-01 《球栅阵列及其它高密度封装技术的实施》;
IPC-7095 《BGA的设计和组装工艺的实施》;
IPC-SM-785 《表面贴装焊点可考性加速试验导则》;
lPC-9701 《表面贴装焊点可靠性认证及性能标准》;
5. 研究IPC标准的体会
多年来，我们对美国IPC系列标准的研究和分析可以看出，它是一套国际通用的先进标准，也是军民结合的两用标准，它不仅全面、系统、规范、可操作性强，而且紧跟发展潮流，不断修改完善，永不落伍，对设计生产起到了相当大的指导作用。

而我们也应根据航天标准制修订周期长的特点，采用拿来主义，以消化吸收、等效转化为主要的工作模式。

首先，各类基础通用标准要与国际接轨，为避免侵权风险，采用等效转化的手段，将其转化为中文版，以推动航天系统各类标准向前发展。

以下是研究lPC标准的几点启示:
a)IPC标准己形成了完整的体系，其标准系统化、通用化、模块化，内容有设计，制造工艺，材料，元器件，试验方法和质量保证等六个万面。

该体系的标准相互配套性好，可操作性强，标准制修订周期短，内容先进，紧跟新型元器件，印制板，安装技术的发展，不断制修订实用强的新标准。

IPC标准将部分军用标准和高可靠性产品的内容整合到同一类产品通用标准中，从而由lPC标准代替了许多MIL标准，体现了军民结合，资源国际共享的思想，提高了标准的适用性和通用性。

b)先进的制造技术，必须采用先进的标准来指导，应坚持积极采用和选用国际先进标准的原则，制修订航天系统用各项标准，来指导设计，"
生产及质量验收。

只有这样，才能提高产品的质量，提高生产率，降低成本。

使各项技术工作同国际接轨。

c)重视标准化工作，增加该系列标准的研制费用，组织对国外标准的跟踪和翻译工作，成立SMT系列标准的研究组，开展先进标准的宣员工作，组织先进标准的制修订工作，及时淘汰落伍的标准，从而保证航天电子产品的质量，彻底根除电装中的"常见病，多发病"。

总之，通过研究深刻体会到先进的生产技术需要先进的标准来指导，需要大量的标准化工作者的辛勤劳动，通过自己的努力，不断制订出符合国情的行业标准，缩短与先进国家的差距，促进我国军事和工业生产水平的快速发展。

与此同时，要充分发挥工艺标准，在企业生产中的作用。

首先实施工艺管理标准化，可对生产过程实施有效地监督管理，要重视工艺基础标准。

包括：工艺术语、工艺符号。

工艺要求标准，包括加工中各种工艺尺寸，参数的控制。

工艺规程典型化，可以促进产品设计标准化与工艺及工艺装备标准化，减少工装数量，缩短生产周期，制定典型工艺规程，专业工艺规程，组装工艺规程。

标准是技术成果的总结，特别是国际先进标准是世界科学技术和实践的结晶。

采用国际标准是低廉的技术引进，要组织工艺人员，对国际标准，分析对比，全面掌握，立足国情。

循序渐进，使我们的工艺水平跟上国际先进技术发展的步伐。

附表:(IPC标准规范体系表)
IPC-A-600F(1999年11月修订)。