《电子焊接用电子级焊料合金及带焊剂-无焊剂固体焊料的要求》

1电子焊接用电子级焊料合金及带焊剂/无焊剂固体焊料的要求本文件规定了电子级焊料合金、带焊剂/无焊剂的棒状/带状/粉末焊料、焊膏及“特殊”电子级焊料（如阳极、铸锭、预制件、异形或孔形的焊料棒）的要求、质量保证规定及交付准备要求。本文件适用于电子软钎焊用焊料。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款其中注日期的引用文下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款其中注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T2036印制电路术语（GB/T2036-1994，IEC60194:1988，NEQ）电子组装附加材料第1-1部分：电子组装高质量互连用助焊剂的要求（GB/TXXXX-XXXX，IEC61190-1-1:2002，MOD）电子组装附加材料第1-2部分：电子组装高质量互连用焊膏的要求（GB/TXXXX-XXXX，IEC61190-1-2:2014，MOD）GB/T38265.14-2021软钎剂试验方法第14部分：钎剂残留物胶粘性的评价（GB/T38265.14-2021，ISO9455-14:2017,MOD）GB/T41104.2-2021实心和药芯软钎料丝规范和试验方法第2部分：钎剂含量的测定（GB/T41104.2-2021,ISO12224-2:1997，MOD）SJ/T11391-2019电子产品焊接用锡合金粉IEC61189-5-4:2015，电气材料、印制板及其他互连结构与组件的试验方法第5-4部分：材料与组件的通用试验方法—印制板组装用焊料合金及有焊剂/无焊剂实心焊丝（Testmethodsforelectricalmaterials,printedboardsandotherinterconnectionstructuresandassemblies–Part5-4:Generaltestmethodsformaterialsandassemblies—Solderalloysandfluxedandnon-fluxedsolidwireforprintedboardassemblies）3术语和定义GB/T2036和SJ/T10668界定的以及下列术语和定义适用于本文件。接收试验acceptancetests经供需双方同意，为确定产品的可接收性所必需的试验。2合金alloy具有金属特性、由两种或多种化学元素组成的物质，其中至少一种为金属元素。可被焊料润湿的次表面金属。腐蚀corrosion（化学/电化学腐蚀）化学品、焊剂及焊剂残留对基体金属的侵蚀。密度density（材料）物质单位体积的质量。[来源：2023,40.1675，有修改，增加了注]熔融焊料覆盖在金属表面后，焊料不规则地回缩，被散开的区域隔离，形成不规则的焊料堆积，其覆盖了薄的焊料层，并未暴露基底金属的状况。[来源：2023,97.0370，有修改，删除对图69的引用]共晶合金eutecticalloy在平衡图中具有共晶点所示成分的合金，或通过共晶反应形成的固相混合结构的合金。共晶焊料eutecticsolder不经过液-固相（部分固体）就完全熔融/凝固的合金组成的焊料。[来源：2023,75.1391，有修改]共晶形容词eutecticadjective一种等温可逆反应，其中冷却时，液相溶液转化为两种以上紧密混合固相，形成的固相比例与系统中组分数相同。助焊剂flux一种化学和物理活性混合物，加热时能除去表面少量氧化物和其他表面薄膜，同时阻止被焊接表面在焊接过程中再次氧化，以促进熔融焊料对金属基材的润湿。助焊剂特性fluxcharacterization通过一系列试验表征的助焊剂及其残留物的基本腐蚀性和导电性能。助焊剂残留物fluxresidue出现在焊点表面或焊点附近的与助焊剂相关的污染物。[来源：SJ/T10668:2023,76.0543]液相线liquidus焊料合金完全熔化时的温度。熔融焊料部分附着在其接触的表面，基体金属仍然暴露。无铅焊料leadfreesolder组成成分中铅的重量百分比不超过0.10%的焊料。焊料钎料solder可焊性solderability金属被熔融焊料浸润的能力。固相线solidus焊料合金开始融化的温度。润湿wetting焊料在金属基材上形成相对均匀、光滑、连续的附着膜。44.1总则本文件所涵盖的焊接材料应按合金成分、焊料形式、助焊剂类型、助焊剂百分比及焊料形式的其他特性分类（见附录A）。4.2合金成分本文件规定的焊料合金为表B.1、表B.2和表B.3所列合金，包括纯锡和纯铟。每种合金都由一系列字母数字字符组成了合金名称标志。这些字符由合金中各组成元素的化学符号及其标称质量分数组成，末尾附加用以区分改性合金的英文字母（D）。合金还可通过合金简称来识别，由合金中关键元素的化学符号（见附录A.5）、该元素在合金中的标称百分比及自定义改性合金字母组成。合金成分、简称及温度特性见表B.1、表B.2和表B.3；固相线及液相线温度与合金名称代号的对照关系见表B.4；合金名称与ISO9435中合金编号的对照关系见表B.5。4.3焊料形式表1列出了本文件涵盖的焊料形式及其单字母指定符号。表1焊料FPBDRWS4.4助焊剂类型表2列出了本文件涉及的焊料使用的助焊剂类型。对助焊剂的要求见GB/TXXXX-1(IEC61190-1-1)。表2助焊剂代号、成分材料、活性等级（＜（＜（＜5表2助焊剂代号、成分材料、活性等级（续）（＜（＜--（＜（＜------4.5助焊剂百分比和金属含量固态焊料产品中助焊剂的标称质量百分比即为助焊剂百分比。固态焊料中的助焊剂百分比依据表3规定的单个字母数字字符进行标识。“金属含量”指焊膏中的金属百分比（见GB/TXXXX-2（IEC61190-1-2））。%%%%%%0无5A16B27C38D494.6其他特征标准焊料棒按单位质量进一步分类。丝状焊料按丝尺寸（外径）和单位质量进一步分类。焊料带按厚度、宽度和单位质量进一步分类。焊料粉末按粉末粒度分布和单位质量进一步分类。65.1材料应使用能使焊料产品符合规定要求的材料。鼓励使用可回收或再循环材料。可回收或再循环材料应符合或高于原始原材料的可比标准。5.2合金5.2.1概述焊料合金应符合规定（见附录B）。本文件规定的电子级焊料合金为表B.1和表B.2列出的所有合金，包括纯锡(Sn99)和纯铟(ln99)。表B.1、表B.2和表B.3中列出的合金元素为该合金的组分元素。仅合金的组分元素为合金允许存在元素，其他元素均为合金杂质。在最大可行范围内，除另有规定外，焊料合金金属，包括焊料粉末，应是合金组分元素构成的均匀混合物，金属每个颗粒都是相同的合金。合金中各元素的百分比应通过任一标准分析程序确定。湿化学分析应作为仲裁程序。5.2.2D类改性合金后缀标识为“D”的合金为改性合金，用于无阻挡层的芯片互连应用。表4列出了D类改性合金中杂质元素单项最大允许质量分数，规定各类杂质独立含量上限。D类改性合金中杂质元素的质量百分比应符合要求。在后缀为“D”的合金中，所有杂质元素的总质量百分比不应超过0.05，以下各组杂质元素的总质量百分比不得超过0.0005：b）第2组：As、Bi、P和Sb。表4D类改性合金中杂质元素单项最大允许质量分数5.3焊料形态5.3.1概述本文件所指焊料包括焊料棒、丝状焊料、焊料带和焊料粉末以及特殊焊料。通常情况下，焊料棒和焊料粉末是不含助焊剂的，而丝状焊料、焊料带和特殊焊料可是无助焊剂的、药芯的、涂覆助焊剂的或既是药芯的又是涂覆助焊剂的。用户宜从供应商处确定可用的标准焊料形态特征，并在可行的最大范围内规定标准特征。75.3.2焊料棒标称横截面积、标称长度和标称质量应符合规定（见A.3c)）。除另有规定外（见A.3d)），实际横截面积与标称值偏差不应超过50%，实际长度与标称值偏差不应超过20%，实际质量与标称值偏差不应超过10%。具有特殊端部结构（如异形或孔形）的焊料棒被归类为特殊焊料。5.3.3丝状焊料丝状焊料尺寸、助焊剂类型和助焊剂百分比应符合规定（见A.3e)）。除另有规定外（见A.3f)），丝状焊料应具有圆形横截面，丝尺寸应表示丝的标称外径，实际外径与标称外径的偏差不应超5.3.4焊料带焊料带的厚度和宽度、助焊剂类型和助焊剂百分比应符合规定（见A.3g)）。除另有规定外（见A.3h)），焊料带的横截面应为矩形，实际厚度和宽度与标称值的偏差不应超过±5%或±0.05mm，以较大者为准。5.3.5焊料粉末5.3.5.1概述粉末的尺寸和形状应符合规定（见A.3i))和A.3j))。表5列出了1～7号七种标准焊料粉末的特性。如未规定形状，焊料粉末应为球形。焊料粉末应光滑、明亮，尽可能的无粘附小颗粒和氧化物。使用高铅合金制成的焊料粉末本质上并不“光亮”，但也不宜显得灰暗。含有一种以上焊料合金的焊料粉末（多合金粉末）被归类为特殊焊料。标准焊料粉末粒度规格表5寸1234567a85.3.5.2粉末粒度最大粒度应按照IEC61189-5-3:2015的测试方法5-3X15确定。粒度分布应按SJ/T11391-2019中的5.2.1（干筛法）、5.2.2（激光粒度分析法）、5.2.3（显微镜测量法）中适用方法确定。也可按IEC61189-5-3中的5-3X13（光学图像分析法）、5-3X15（筛分法）确定最大粒度。5.3.5.3粉末形状应使用足够放大倍率的双目显微镜目测、光束散射法或适当的显微成像分析法确定焊料粉末形状。至少90%的焊料粉末颗粒的长宽比为1.2或以下时，应归为球形焊料粉末。光束散射偏差结果或图像分析结果与上述目测结果相当的焊料粉末应归类为球形焊料粉末。所有其他粉末应归类为非球形粉锡末。5.3.6特殊焊料特殊形式焊料的所有相关特性和公差应明确规定（见A.3k)）。特殊焊料包括所有不完全符合本文件或GB/TXXXX-2确定的其他分类的焊料。特殊焊料包括但不限于阳极、异形或孔的棒、片、锭、多合金粉末、颗粒、预成型件、环、套管。5.4助焊剂类型和形式5.4.1概述助焊剂类型和形式应符合规定（见A.3l。用于制造焊料产品的助焊剂应符合GB/TXXXX-1（IEC61190-1-1）的要求。助焊剂应已按照GB/TXXXX-1（IEC61190-1-1）全面测试和鉴定，除添加惰性增塑剂外，不应更改已测试的助焊剂。5.4.2助焊剂百分比焊料中助焊剂的质量百分比应符合规定（见A.3m。除焊膏外的助焊剂焊料，助焊剂百分比按表3确定。助焊剂芯和/或包覆焊料的助焊剂百分比应按GB/T41104.2-2021的测试方法确定。5.4.3药芯焊料除另有规定外（见条款A.3n)），药芯焊料的焊芯可是任何结构，连续、横截面均匀且对称分布于焊料中。必要时，焊料中的焊芯宜在两端用适当的方法密封，以防止助焊剂泄露。5.4.4焊料涂层除另有规定外（见条款A.3.o)），助焊剂涂层焊料的涂层应干燥无粘性，当温度和湿度保持在或低于25°C和60%RH时，单根焊料之间不粘连。5.5助焊剂残留物的干燥度当规定时（见A.3p)），助焊剂焊料回流残留物的干燥特性应按照GB/T38265.14-2021测试方法确定。对助焊剂焊料进行测试时，“免清洗”焊料的助焊剂残留物以及（当有规定时）其他助焊剂类型焊料的助焊剂残留物应无粘性（“不粘”）。95.6飞溅当规定时（见A.3q）），应按IEC61189-5-4:2015的测试方法5-4X02确定助焊剂芯丝状焊料和焊料带的飞溅特性。5.7焊料浴（钎料浴）当规定时（见A.3r）），应按IEC61189-5-4:2015的测试方法5-4X03确定带助焊剂焊料的焊料池特性。当按5-4X03测试带助焊剂焊料时，助焊剂应促进熔融焊料在试片表面均匀铺展，形成完整焊料覆盖层，边缘应平缓薄化。不应出现欠润湿、不润湿现象。不应出现飞溅迹象，如助焊剂和/或助焊剂残留物颗粒出现在主要残留物池之外。形状不规则的焊料池并不代表发生半润湿或不润湿。5.8产品标志标签除另有规定外（见A.3s）），焊料棒上应标记合金名称或合金简称以及制造商名称或普遍接受的符号。除另有规定外，丝状焊料、焊料带和焊料粉末的线轴、包装和容器，以及焊料棒和特殊焊料所附的书面文件必须标明以下信息：a）制造商名称和地址；b）文件编号及修订标志；c）焊料产品说明及制造商型号；d）净质量（焊料棒标称单位质量）；g）使用寿命（如适用）；h）所有适用的健康和安全标志，包括无铅标记或含铅标记；i）其他与焊料形式相关的信息；j）合同或采购订单规定的其他标志或标签。5.9工艺水平焊料产品质量应均匀一致，无降低使用寿命或影响适用性或外观的缺陷。6质量保证规定6.1检验和一致性责任6.1.1概述用户应指定鉴定检验和质量一致性检验要求（见A.3t)）。焊料产品制造商负责进行鉴定检验和质量一致性检验。制造商可使用自有或任何其他设施进行检验，用户否决的设施除外。制造商需保证交付、提请验收的全部焊料产品满足采购合同、采购订单、本文件第5章要求。即使没有任何检验要求，也不应免除供应商的责任。本文件适用材料应符合第5章的所有要求。除本文件规定的性能检验外的检验应成为供应商整体检验系统或质量计划的一部分。供应商需确保提交给用户验收的所有产品或供应品符合采购合同的所有要求。6.1.2质量保证方案用户要求时，按照用户与制造商之间的协议，应为本文件下提供的材料制定和维护质量保证方案，并应由认证机构监督。6.1.3测试设备和检验设施供应商应配置、维护或指定有足够的精度、性能和数量的测试/测量设备和检验设施，用以完成本文件规定的各项检验工作。如适用，供应商应建立并维护校准系统，以控制测量和测试设备的准确性。6.1.4检验条件除另有规定外，所有检验均应按照第5章规定的检验条件进行。6.2检验分类本文件规定的检验分类如下：附录D为记录合金和固态焊料的检验结果的示例。适用时，宜在报告表中填写确定的结果。在不需要或不适用明确结果的情况下，宜在报告表上打勾表示成功完成检验。6.3材料检验材料检验应包括焊料产品所用材料在使用前，满足对应的参考规格和标准的证明文件，并提供验证数据。针对合格测试样品的符合性证明和验证数据宜作为合格测试报告的一部分。6.4鉴定检验6.4.1概述鉴定检验包括对材料、工艺和产品进行必要的检验和测试，以确定制造厂是否具备制造合格焊料产品的设备条件和专业技术能力。评定焊料产品制造厂资质符合性时，鼓励用户最大可能利用制造厂以前进行的产品检验的记录结果，而不是要求进行新的合格检验。生产中使用的材料、设备、工艺和程序生产的焊料产品样品，应接受规定的合格检验（见A.3t)）。表6列出了本文件涵盖的焊料产品的标准鉴定检验项目。除另有规定外（见A.3u)），应使用6.5中规定的程序进行鉴定检验。6.4.2样品量选取的样品量宜与待检验的焊料和所进行的检验项目相匹配。6.4.3检验程序样品应进行表6规定的检验。√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√6.5质量一致性6.5.1概述材料制造商应进行必要的检验，以确保过程受控，并确保产品各项指标符合规范限值要求。6.5.2例行检验材料应接受表6规定的检验。6.5.3抽样方案统计抽样和检验应符合（用户和供应商之间）商定的质量保证方案（见6.12）。6.5.4拒收批次如果一个检验批次被拒收，供应商可以对该批次进行整改消除缺陷，或者剔除不合格的产品后重新提交复验。重新提交的批次应加严检验。该复验批次应与新批次分开，并应明确标志为重新检验批次。6.6试验用焊料合金的制备6.6.1概述按照以下方法，按约0.5m间隔从每个线轴、线圈或切割长度上，截取5个试样（约50mm长）的药芯焊丝和焊料带样品。根据需要用放大镜，目测检验每50毫米试样两端的尺寸一致性，焊芯是否连续、均匀且完好。将丝状焊料在张力作用下，使预定断开位置置于明火上加热。丝状焊料将在热脆点断开，断面平整，清晰显示助焊剂芯的形貌和助焊剂的连续性。在使用6.6.3中的方法前，应在小直径丝状焊料上试用本断开方法，验证该方式可获得合格试验采用锋利的刃具，如硬质剃须刀片，小心切割焊料，尽量减少切割力导致的焊料变形。7交付准备–防护、装箱与包装除合同或采购订单中另有规定外，焊料产品的防护、内包装、外包装和外部标识应等同于或优于供应商的标准方法。电子焊接中使用的各种合金和助焊剂的选择A.1概述本附录包含通用或解释性信息，可对本文件的应用有帮助，但不是强制性的。A.2预期用途A.2.1概述本文件所涵盖的合金预期用于工业领域的各种消费、工业和商业电子焊接应用，当被政府采用时，也可用于政府电子硬件焊接。本附录提供电子焊接时各种合金和助焊剂选择的通用信息。用户宜向各焊料供应商咨询详细信息。A.2.2合金A.2.2.1概述锡铅焊料和无铅焊料（由锡与添加的银和铜组成），特别是共晶和近共晶焊料，用于硬件组件焊接和通用焊接应用。锑含量约为5%的锡锑合金用于需要熔点较高的无铅焊料的场合。高铅焊料用于需要高熔点的场合。多种合金可供选择，以适应电子焊接中的各种变化，如镀锡引线和多层叠装。A.2.2.2锑合金在锡基电子焊料合金中添加少量锑（约0.2%-0.5%）曾用于防止出现"锡瘟"，即超纯锡在极低温度下从金属形态转变为白色粉末。目前锡基合金中对锑的最低要求已删除，因为测试结果表明，当锡中稀释0.2%几乎任何其他金属元素时，就不会出现“锡瘟”，因此在锡铅焊料合金中添加锑是不必要的。A.2.2.3铋合金铋用于焊接合金，以达到超低的焊接温度。铋合金通常具有较差的润湿特性和较好的介电性能。A.2.2.4镉合金镉合金可用于电磁屏蔽。由于镉可能有致癌风险，使用含镉合金进行焊接时，宜落实完善人身防护措施。A.2.2.5铜合金锡铜合金被广泛用作成本较低的无铅焊料。在锡铅合金中添加铜可减少手工焊接时烙铁头退化。A.2.2.6金合金超高纯度金合金用于无阻隔的芯片连接应用。标准金合金在高可靠性混合组装中具有优势，并可用于微波组装。A.2.2.7铟合金焊接温度和工作温度不长时间超过120°C时，铟基焊料在焊接金涂层时具有优势。焊接组件在高温、潮湿和/或盐雾的工作环境时，如果没有密封结构或敷形涂层，则不宜使用铟基焊料。在焊接微波组件时，优于标准锡铅焊料。高比例铟基焊料与铜焊接时，由于会形成过量的金属间化合物，宜谨慎使用。A.2.2.8银合金在锡铅焊料中添加银，可减少焊接时银涂层的溶解，在无铅焊料中添加银，可降低熔点并提高机械性能。A.2.2.9锡银铜合金锡银铜合金一般用于电子组装和其他必须使用无铅焊料的场合。A.2.2.10锡-银-铜-锑合金虽然锡-银-铜-锑合金主要是一种非电子合金，但由于一些电子设备制造商已开始使用这种合金以符合“无铅”焊接倡议，因此将其列入本清单。A.3采购要求采购文件宜注明以下内容：a）本文件编号、版本、标题及日期；b）合金牌号（见5.2）；c）焊料棒的标称截面积、长度及单位质量（见5.3.2）；d）焊料棒的横截面、长度和单位质量公差（若不同见5.3.2e）丝状焊料的线径、助焊剂类型及百分比（见5.3.3）；f）丝状焊料直径公差（若不同见5.3.3g）带材的厚度、宽度、助焊剂类型及百分比（见5.3.4）；h）带材的厚度和宽度公差（若不同见5.3.4i）标准焊料粉末粒度编号（见5.3.5和表5）或非标粉末的编号特性；j）粉末形状（若不同）（见5.3.5）；k）要求的特殊形状焊料的完整特性描述（见5.3.6）；l）助焊剂类型（见5.4m）助焊剂百分比（见5.4.2）；n）助焊剂芯的要求（若不同见5.4.3o）涂层要求条件（若不同见5.4.4p）助焊剂残留干燥度测试（若需要见5.5q）飞溅测试（若需要见5.6r）焊料浴测试（若需要见5.7s）标识要求（若不同见5.8t）合格性与质量一致性检验（若不同见6.1u）合格性与质量一致性检验程序（见6.4）；v）保存、包装和外部标记要求（若不同）（见第7章）。A.4标准焊料产品包装A.4.1概述供应商确定可提供的标准包装尺寸、材料等，并尽可能采用标准配置。用户如果需要非标准包装，宜与供应商协商确定最经济方案。A.4.2丝状焊料和焊料带丝状焊料的线径（外径）一般为0.25mm～4.75mm。焊料带的厚度一般为76μm～2.5mm，宽度最大为50mm。丝状焊料和焊料带通常以0.25kg、0.5kg、1kg、2kg、5kg和10kg为单位装在线轴或卡带上。供应商还可提供更大的“散装”包装。A.4.3焊料棒焊料棒一般细长，通常用于补充焊料槽。Sn63Pb37和类似焊料合金的标称单位质量分别为1kg、2kg、5kg和10kg。由于各种焊料合金（高铅、低铅等）的密度以及成型工艺（垂直成型、平面成型、挤压成型等）的不同，焊料棒的单位质量会有差异。但是，相同合金和单位质量的焊料棒的实际质量A.4.4焊料粉末焊料粉末一般按订单生产，可以有各种包装和按单位质量包装。A.5确定本文件合金简称的规程A.5.1含铅焊料合金和特种合金合金的简称长度为五个字符，由合金中关键元素的双字母化学符号和代表合金中关键元素标称百分比的两位数组成。改性合金后缀另外添加标识字母“D”。确定焊料合金简称所用关键元素，遵循下列规定：a）含有金（Au）的合金，以金为关键元素；b）不含金而含铋（Bi）的合金，以铋为关键元素；c）不含金、铋而含镉（Cd）的合金，以镉为关键元素；d）不含金、铋、镉而含铟（In）的合金，以铟为关键元素。无上述元素时，按合金组分确定关键元素：a）锡-铅、锡-银合金，以锡（Sn）为关键元素；b）锡-铅-锑、锡-铅-银、锡-铅-银-锑，以铅（Pb）为关键元素；c）锡-锑合金，以锑（Sb）为关键元素；d）铅-银、锡-银-铜-锑合金，以银（Ag）为关键元素；e）锡-铜、锡-铅-铜、锡-银-铜合金，以铜（Cu）为关键元素。A.5.2无铅焊料合金无铅合金的简称定义为便于标记，在空间有限的情况下，可根据以下准则使用简短的名称代码。主要合金元素用一个字母标识如下：a）A银（Ag）b）B铋（Bi）c）C铜（Cu）d）N铟（In）e）S锑（Sb）f）Z锌（Zn）g）Ni镍（Ni）h）Ge锗（Ge）在无铅合金中，简称不标明基本元素（即锡）。关键元素的百分比用数字表示如下：a）X=0,X%（例如5相当于0.5%（重量百分比））b）XX=X.X%（例如55相当于5.5%（重量百分比c）XXX=XX.X%（例如505相当于50.5%（重量百分比））d）无数字<0.1%（例如Ni相当于Ni0.0X%或以下（重量百分比））A.6固态焊料产品的标准描述固态焊料产品的说明应确定所有适当的特性，如：合金、焊料形式、助焊剂类型、助焊剂百分比、产品尺寸和产品单位尺寸。特殊固态焊料产品的完整描述通常需要表格或叙述格式，因为特性中可能存在的变化数量不容易编码成简明的描述格式。无铅焊料合金表B.1无铅焊料合金的成分和温度特性35--0-----g10--------5------------e2---5---7---表B.1无铅焊料合金的成分和温度特性（续）--------------------