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
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9X gmm2，球间距为0.4mm ,共有441个焊球（21 X 21）。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（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:https://www.360docs.net/doc/c52227911.html,/tech/standard.htm 。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（Electronic
In dustry Ilia nee，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。
2.2 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》
电子设备用锡焊合金，带焊剂及无焊剂焊锡丝技术要求》
IPC/EIAJ-STD-006
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。
2.3 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。
2.4 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235C,在浸渍与观察测试中等活性ROLI（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 C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0.75卩m-35卩m,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0.2卩m-0.5卩m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"《焊齐U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217C，其成分为Sng5.5/Ag3.8/Cu0.7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:
"1.4 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，再流焊失效率入b=8-5/l06小时，波峰焊入b=2.9-4/l06小时，手工焊入b=2.6-3/l06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。
2.5 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6.1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10卩m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30-130卩m。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。
3.1 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＜1.56卩gNaCI/cm 2
（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2X 106Q cm。"
（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。
3.2 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ROLI 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 1.56 /cm2氯化钠（NaCI）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200卩g/cm2
2级电子产品小于100卩g/cm2
3级电子产品小于40卩g/cm2
3）可电离的表面有机污染物测试万法（红外分析法）按IPC-TM-6502.3.39 进行测试，其表
面污染应不超过制造合同要求。该标准规定，凡需有清洗洁净度要求的电路板组装件，必须在工艺文件中规定一个醒目的标志符号。用"C"（CIeanIiness）代码开始，然后是"-" 。最后是两位数字，第一行数字表示清洗选项（如:0-不清洗，1-焊接面清洗:2-双面清洗）。第2 个数字
清洁度测试要求（如:0-无测试要求，1-测试松香残留物，2-测试离子残留； 3-测试表面绝缘电阻；4-测试其他有机污染物；5-按合同要求测试。）标准中要求标出焊后清洁度标志符，便于清洗工序检查。上例说明，IPC 标准具有很强的实用性，可操作性，航天标准应和IPC 标准接轨。
4.IPC 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 0.8，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》
BGA 的设计和组装工艺的实施》
《表面贴装焊点可考性加速试验导则》
5. 研究 IPC 标准的体会
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 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，
IPC-7095 IPC-SM-785 lPC-9701
表面贴装焊点可靠性认证及性能标准》 多年来，我们对美国 lPC 标准的几点启示