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bob真人小課堂 | 第三期：IPC-J-STD-004C標準解讀
本期我們將就IPC專門針對助焊劑要求的標準進行解讀。
首先來科普一下電子行業常見的IPC是什麼。
IPC的全稱是國際電子工業聯接協會，是一家全球性非盈利電子行業協會，於1957年9月由六家印製板製造商建立，英文名為Institute of Printed Circuits(印製電路協會)，簡稱IPC。後來由於成員數量增加和涉及範圍的擴充，於1977年和1998年兩度更名，但一直沿用了IPC的簡稱。
該協會制訂了產品設計、印製電路板、電子組裝和測試等電子行業產業鏈的各個環節的行業標準，並為現代製造企業廣泛採用，現已成為電子組裝和印製板行業上下游所共同倚重的文件，不但在美國的印製電路界有很高的地位，而且在國際上也有很大的影響，是最具權威的標準。
本期我們要來解讀的J-STD-004C是由IPC組裝與連接工藝委員會助焊劑技術規範任務組開發的，該標準規定了高質量焊接互連用助焊劑的分類和特性描述的通用要求，可用於助焊劑的質量控制和採購用途。
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該標準將助焊劑分成三個等級，見表1所示。
表1 助焊劑的分級
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早期常見的傳統分類方法，如表2所示。
表2 助焊劑按照活性分類表
助焊劑的分類
助焊劑的品種繁多，不同的標準分類方法也各不相同。該標準幾乎包括了所有類型的助焊劑，使用的用戶先熟悉此標準的分類方法以及每類產品的技術特點，然後根據實際情況做出選擇。
表3是IPC J-STD-004C將所有的助焊劑分成的24個類別。
首先根據助焊劑的主要組成材料將其分成四大類：松香型（Rosin，RO）、樹脂型（Resin，RE）、有機酸型（Organic，OR）、和無機型（Inorganic，IN）。
根據活性分類將助焊劑的活性等級分類三類：L（表示低活性焊劑）、M（表示中等活性焊劑）、H（表示高活性焊劑）。
根據有無鹵化物進一步細分為：L0、L1、M0、M1、H0、H1，其中0表示無鹵化物，1表示有鹵化物。
表3 IPC J-STD-004C 對助焊劑的分類
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各種測試所用助焊劑形態的製備見表4。
表4 測試用助焊劑形態的製備
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1. 測試含水量大於50%的原態助焊劑，水的存在可能會影響測試結果，因此可在80°C±2°C下用烘箱烘乾1小時+15分鐘/-0分鐘，再按照IPC-TM-650測試方法2.3.32重新製成（溶解在適當的溶劑中），再用於本測試。如果是測試重新製成的樣品，應當報告由原態和重新製成樣品得出的結果。 2. 必須根據產品的最終用途測試通過錫鉛和/或無鉛焊接溫度曲線焊接的產品。 |
助焊劑分類測試要求見下表5
表5 助焊劑分類測試要求
1. 該種定量的測試方法可測定鹵化物的含量。
2. 如採用免清洗助焊劑組裝印製電路板，且組裝後進行了清洗，清洗後，用戶應該驗證SIR和ECM值。J-STD-001可用於工藝特性描述。
3. 測得的助焊劑固體含量中的鹵化物重量百分比<0.05%時，則該助焊劑為無鹵化物助焊劑。
4. 即使助焊劑沒有腐蝕，如果鹵化物含量≥0.05%且<2.0%，則視為M1，如果鹵化物含量≥2.0%，則視為H1。
5. 對於不需要去除的助焊劑，要求只在不清洗狀態下進行測試。
6. 如清洗後，M0或M1助焊劑通過了SIR和ECM測試，而不清洗則不能通過測試，那麼這種助焊劑應當總是進行清洗。
只有當銅膜沒有任何部分被完全除去時，助焊劑才應當被歸類為L型。如果有任何銅膜被除去，並可通過玻璃顯示的背景證明，此助焊劑就不應當被歸為L型。如果只有助焊劑滴周圍的銅膜被完全除去（穿透小於50%），那麼助焊劑就應當被歸為M型。如果銅膜被完全除去（穿透大於或等於50%），助焊劑就應當被歸為H型。圖1為助焊劑活性分類定性結果示例。
圖1通過銅鏡測試所鑑定的助焊劑腐蝕性
02 腐蝕測試
應當按照IPC-TM-650測試方法2.6.15確定助焊劑殘留物的腐蝕性。有關腐蝕的定義：“焊接後並暴露在上述環境條件下，銅、焊料和助焊劑殘留物之間發生的化學反應。”按下列要求對腐蝕進行定性評定：
無腐蝕 觀察不到腐蝕的跡象。因焊接期間加熱測試板時，將有可能使初步轉變的顏色加深，如圖2所示，這種狀況可忽略。
輕微腐蝕 助焊劑殘留物中離散的白色或有色斑點、或顏色變為藍綠色但是沒有銅凹陷的現象被看作為輕微腐蝕。如圖3所示。
嚴重腐蝕 隨着藍綠色污點/腐蝕的擴展，能夠觀察到銅面板凹陷，則視為嚴重腐蝕。如圖4所示。
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該標準規定的助焊劑的主要檢測項目如下表6所示。
表6 主要檢測項目
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助焊劑的相關測試項目及測試方法如下表7所示。
表7 助焊劑的性能測試方法及要求
助焊劑的標準較多，各標準測試方法及評判各有差異，因此，在選擇助焊劑前熟悉各標準很有必要。使用頻率較高的標準分別為IPC J-STD-004C、GB/T 9491-2021和JIS Z 3197-2021，三者在部分項目的測試方法及技術要求（判據）方面各有不同，可以與使用端的顧客確認採取的評判標準。
隨着無鉛焊料的不斷改進研製，對環境日益的關注和保護，無鉛助焊劑的焊接性能也成為了業界研究的重點。
在電子工業中，傳統的松香型助焊劑因使用效果穩定而被廣泛應用，但這種助焊劑也存在明顯的缺陷。
松香型助焊劑大部分含有鹵素，其焊後殘留的大量鹵素離子易引起線路板腐蝕，而過高的不揮發物含量使焊後殘留物過多，同時焊接過程中會產生大量的煙塵，危害人體健康。
目前的免清洗助焊劑大多採用低沸點的醇類，如乙醇、甲醇、異丙醇等溶劑作為載體，這些醇類屬於易揮發的有機化合物（VOC），儘管它們對大氣臭氧層不產生破壞作用，但它們散發在低層大氣中，會形成光化學煙霧，對人類的身體有危害，也會造成空氣污染，是環保要求逐漸禁用的物質；再者這些醇類都是易燃易爆物質，使用過程中易引發火災，給安全生產帶來不可避免的隱患。同時，有機醇類是重要的化工原料，作為溶劑載體大量揮發掉是一種浪費。
因此，發展“綠色助焊劑”，用去離子水代替有機溶劑，開發性能優良，不含鹵素、松香的水基免清洗助焊劑，不但能克服溶劑型免清洗助焊劑的缺陷，而且適應無鉛焊料焊接工藝，是當今微電子封裝材料領域的研究發展方向。
REACH指令 2006年12月18日歐盟議會及歐盟理事會通過了第1907/2006號（歐盟）化學製品的註冊、評估、授權和限制條列。REACH指令是歐盟化學條例，其生效日期為2007年6月1日，截止日期為2018年。它的目的在於確保環境和人體的安全，提高歐盟化學工業的競爭力。REACH指令用適用於所有化學物質包括現有的、逐漸採用的和新物質的單個系統取代了幾個現有的歐盟化學條例。
有害物質限制指令（RoHS） RoHS指令即在某些電子電氣設備中限制使用某些有害物質的指令。該指令禁止在新的歐盟市場上出售鉛、鎘、汞、六價鉻、多溴聯苯（PBB）和多溴二苯醚（PBDE）的含量超過規定要求的電子電氣設備。
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下一期主題：
IPC-J-STD-005A標準解讀
下期更精彩，敬請期待！
往期回顧：
bob真人小課堂第一期：電子裝聯焊接基礎理論
bob真人小課堂第二期：電子裝聯焊接材料介紹
參考文獻：
[1]IPC J-STD-004C，助焊劑要求.
[2]羅道軍,電子組裝工藝可靠性技術與案例研究[M].北京:電子工業出版社,2015,9.
[3]李旭珍,電子裝聯工藝國內外標準體系對比研究.