微波组件用焊锡膏性能测试及应用(T-CSTM 00921—2023).pdf
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1、 ICS 25.160.50 CCS L 90 团 体 标 准 T/CSTM 009212023 微波组件用焊锡膏性能测试及应用 验证方法 Performance test and application verification method of solder paste for microwave assembly 2023-02-28 发布 2023-05-28 实施 中关村材料试验技术联盟 发布 T/CSTM 009212023 目 录 前 言.I 引 言.II 1 范围.1 2 规范性引用文件.1 3 术语和定义.1 4 分类.2 5 试验条件.2 6 基本理化性能.2 7 腐蚀性
2、能.6 8 电气绝缘性能.9 9 印刷性能.10 10 焊接性能.12 11 机械互连特性.14 12 对信号传输损耗的影响.18 13 焊点可靠性.19 14 报告.21 附录 A(规范性)铜板腐蚀结果与评价.23 附录 B(资料性)起草单位和主要起草人.24 T/CSTM 009212023 I 前 言 本文件参照 GB/T 1.12020 标准化工作导则 第 1 部分:标准化文件的结构和起草规则,GB/T 20001.42015标准编写规则 第 4 部分:试验方法标准的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国材料与试验标准化委员会电
3、子材料标准化领域委员会(CSTM/FC51)提出。本文件由中国材料与试验标准化委员会电子材料领域电子组装材料标准化技术委员会(CSTM/FC51/TC03)归口。T/CSTM 009212023 II 引 言 微波组件用于实现微波信号的频率、功率及相位等各种变换,广泛应用于雷达、通信、电子对抗等领域。作为实现信号反射接收功能的核心部件,微波组件对于电子装备的可靠性起着关键性的作用。焊锡膏作为微波组件装联工艺的关键材料,其质量的好坏直接影响到焊接可靠性,同时焊点受到不同环境应力的作用,也会引发质量问题,造成微波组件的失效。因此,焊锡膏的质量可靠性对微波组件具有重要意义。本文件规定了微波组件用焊锡
4、膏性能测试及应用验证方法,包含焊锡膏基本理化性能、腐蚀性能、电气绝缘性能、印刷性能、焊接性能、机械互连特性、对信号传输损耗的影响及焊点可靠性的测试,为微波组件用焊锡膏提供从试样级到元件级的测试方法,推动焊锡膏在电子行业内的测试应用。T/CSTM 009212023 1 微波组件用焊锡膏性能测试及应用验证方法 1 范围 本文件规定了微波组件用焊锡膏基本理化性能、腐蚀性能、电气绝缘性能、印刷性能、焊接性能、机械互连特性、对信号传输损耗的影响及焊点可靠性的测试方法。本文件适用于印刷焊锡膏,喷印焊锡膏和点涂焊锡膏可参考本文件执行。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
5、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/T 1425 贵金属及其合金熔化温度范围的测定 热分析试验方法 GB/T 2423.5 环境试验 第2部分:试验方法 试验Ea和导则:冲击 GB/T 2423.15 电工电子产品环境试验 第2部分:试验方法 试验Ga和导则:稳态加速度 GB/T 2423.56 环境试验 第2部分:试验方法 试验Fh:宽带随机振动和导则 GB/T 46772002 印制板测试方法 GB/T 8145 脂松香 GB/T 94912021 锡焊用助焊剂 GB/T 10574(所有
6、部分)锡铅焊料化学分析方法 GB/T 314742015 电子装联高质量内部互连用助焊剂 GB/T 314752015 电子装联高质量内部互连用焊锡膏 GB/T 31476 电子装联高质量内部互连用焊料 GB/T 331482016 钎焊术语 GB/T 37861 电子电气产品中卤素含量的测定 离子色谱法 SJ 20527A2003 微波组件通用规范 SJ 21065 微波组件再流焊焊接工艺技术要求 SJ 21075 微波组件目检要求 SJ 21269 微波组件印制板焊膏印刷工艺技术要求 SJ/T 113892019 无铅焊接用助焊剂 SJ/T 113902019 无铅焊料试验方法 SJ/T
7、11698 无铅焊锡化学分析方法 电感耦合等离子体原子发射光谱法 3 术语和定义 GB/T 314742015、GB/T 314752015、GB/T 31476、GB/T 33148-2016和SJ 20527A-2003界定的术语和定义适用于本文件。3.1 T/CSTM 009212023 2 微波组件 microwave assembly 利用各种微波元器件(至少有一个是有源的)和其他零件组装而成,用同轴、波导或其他传输线形式与外电路相连,在系统中能独立完成特定功能,工作频率高于400MHz,出现故障后可进行维修的小型化微波电路类产品。来源:SJ 20527A2003,6.3.1 3.2
8、 焊锡膏 solder paste 一般由焊料合金粉末、助焊膏混合而成。来源:GB/T 331482016,3.2.9,有修改 4 分类 焊锡膏按合金成分可分为有铅焊锡膏和无铅焊锡膏两类,焊锡膏中助焊剂的分类见GB/T 31474。5 试验条件 5.1 正常试验大气条件 除另有规定外,试验应在下列条件下进行:a)温度:1535;b)相对湿度:不高于75%;5.2 仲裁试验大气条件 如果测试参数依赖于温度、湿度与气压,则试验应在下列仲裁试验大气条件下进行:a)温度:2125;b)相对湿度:48%52%;c)大气压力:86 kPa106 kPa。6 基本理化性能 6.1 助焊剂提取方法 按以下步骤
9、对焊锡膏中的助焊剂进行提取:a)将焊锡膏回复至室温后,称取150g左右的焊锡膏放入离心杯中,进行离心分离,直至焊锡膏中助焊剂部分与合金部分出现分层,且助焊剂中无掺杂合金为止;b)取出助焊剂部分待用,注意取样时不要沾到底部合金部分。6.2 合金成分 有铅焊锡膏的合金成分按照GB/T 10574(所有部分)中规定的方法进行测定。无铅焊锡膏的合金成分按照SJ/T 11698中规定的方法进行测定。6.3 合金粉末尺寸与形状 6.3.1 甲法 T/CSTM 009212023 3 按GB/T 314752015中6.2规定的方法进行测定。6.3.2 乙法(仲裁法)6.3.2.1 仪器设备和材料 仪器设备
10、和材料包括:a)溶剂:能够将焊锡膏中助焊剂溶解的试剂;b)玻璃搅拌棒;c)烧杯:50 mL;d)超声波清洗机:频率不小于40 kHz;e)扫描电子显微镜:分辨力1.5nm15kV&5.0nm1kV。6.3.2.2 试验步骤 试验步骤如下:a)将处于室温状态的焊锡膏充分搅拌均匀;b)取10g经过a)处理的焊锡膏放入烧杯中,加入适量溶剂进行搅拌,放入超声清洗机内进行反复超声清洗,直至溶剂澄清且合金粉末之间无粘连为止;c)将清洗后的合金粉末在不影响合金粉末形貌下进行充分干燥;d)将干燥后的合金粉末置于扫描电子显微镜下进行尺寸测量,观察视野范围内应有不少于25个合金粉末颗粒,测量它们的长轴与短轴,共计
11、测量50个合金粉末,以合金粉末长短轴的平均值逐个计算出其质量(质量=密度/6 直径3),并按合金粉末尺寸计算总质量及其质量分数,按表1进行记录与评价。6.3.3 结果与评价 按表1对合金粉末尺寸分布及规格类型进行记录。T/CSTM 009212023 4 表表 1 合金粉末尺寸分布及规格类型记录表合金粉末尺寸分布及规格类型记录表 分布及规格a 类型 少于0.5wt%的颗粒 少于1wt%的颗粒 至少80wt%的颗粒 10wt%的颗粒 总质量g 1型合金粉末 尺寸m 160 160150 15075 75 质量g 质量分数%2型合金粉末 尺寸m 80 8075 7545 45 质量g 质量分数%3
12、型合金粉末 尺寸m 50 5045 4525 25 质量g 质量分数%4型合金粉末 尺寸m 45 4538 3820 20 质量g 质量分数%5型合金粉末 尺寸m 30 3025 2515 15 质量g 质量分数%6型合金粉末 尺寸m 20 2015 155 5 质量g 质量分数%7型合金粉末 尺寸m 15 1511 112 2 质量g 质量分数%8型合金粉末 尺寸m 11 118 82 2 质量g 质量分数%检测结果 符合 型合金粉末 球形度 a焊锡粉形状应为球形,根据对长短轴的测量并判断合金粉末颗粒的形状,允许1、2和3型焊锡粉与4、5、6、7和8型焊锡粉长轴与短轴的最大比分别为1.5和1
13、.2的近球形。球形度为球形粉和近球形粉质量之和的占比。T/CSTM 009212023 5 6.4 金属含量 按GB/T 314752015中6.3规定的方法进行测定。6.5 熔化温度范围 按GB/T 1425中规定的方法进行测定。6.6 粘度 按GB/T 314752015中6.4规定的方法进行测定。6.7 粘着性 按GB/T 314752015中6.7规定的方法进行测定。6.8 干燥度 6.8.1 甲法 按GB/T 314742015中6.9规定的方法进行测定。6.8.2 乙法 6.8.2.1 仪器设备和材料 仪器设备和材料包括:a)分析天平:分辨率为0.001g;b)回流炉:具有预热区、
14、保温区、回流区和冷却区共4个温区,整个回流炉应有7个或以上的可独立控温加热的区段,各温区温度控制精度为1,回流炉的传送带运行平稳。6.8.2.2 试片的准备 按GB/T 314742015中6.8.1.1规定的方法对试片进行准备。6.8.2.3 试验步骤 试验步骤如下:a)将处于室温状态的焊锡膏充分搅拌均匀;b)称取0.300.005g焊锡膏于准备的试片中央,待用;c)根据供应商提供回流曲线进行回流焊接;d)将试样在室温冷却1.5h。6.8.3 结果与评价 将白垩粉撒在试样表面,再用毛刷轻轻往下刷,观察白垩粉是否有沾在表面助焊剂残渣上的现象。6.9 焊剂主成分分析 6.9.1 仪器设备和材料
15、仪器设备和材料包括:a)傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR):波数范围为(4000-400)cm-1;分辨率在0.5cm-1以内。T/CSTM 009212023 6 b)KBr试剂:干燥的纯KBr(光谱级)。6.9.2 试验步骤 6.9.2.1 甲法(KBr 压片法)a)按6.1提取焊锡膏中的助焊剂;b)将KBr粉末压片,开机预热,设置测试条件,波数范围为4000cm-1400cm-1,扫描次数至少为32次;c)将纯KBr片放入测量室内,进行空白背景扫描;d)扫描完成后,将助焊剂涂抹在KBr片上,干燥后放入测量室内,进行相同条件扫描,得到谱图。6.9.2.2 乙法(衰减全反射法)a)按6.1提
16、取焊锡膏中的助焊剂;b)开机预热仪器,选择显微镜测试方法,同时设置测试条件,波数范围为4000cm-1400cm-1,将红外光斑聚焦在金属片上进行空白背景扫描,扫描次数为32次;c)扫描完成后,将试样涂抹在ATR(Attenuated Total Reflection,衰减全反射)晶体上,将红外光斑移动至试样上方并聚焦,进行相同条件扫描,得到谱图。6.10 酸值 6.10.1 仪器设备和材料 分析天平:分辨率为0.001g。6.10.2 试验步骤 试验步骤如下:a)按6.1提取助焊剂,称取约1 g试样作为待测试样;b)按GB/T 314742015中6.6规定的方法进行测定。6.11 卤素含量
17、 按6.1提取助焊剂,按照GB/T 37861中规定的方法进行测定。6.12 卤化物含量 按6.1提取助焊剂,按照SJ/T 113892019中6.9规定的方法进行测定。7 腐蚀性能 7.1 铜镜腐蚀 7.1.1 仪器设备和材料 a)干燥柜:可提供温度232和相对湿度50%5%;b)光学显微镜:可提供放大10 30 的倍数。7.1.2 标准助焊剂制备 将符合GB/T 8145的特级松香固体溶解于无水乙醇或异丙醇中,使得松香的质量分数为25%。T/CSTM 009212023 7 7.1.3 铜镜制备 将纯铜真空沉积在76mm 52mm 1mm的清洁透明光学玻璃表面形成铜镜,铜膜厚度应均匀,且控
18、制铜膜的厚度约为50nm,同时铜镜对波长为500nm入射光的透射率为5%15%范围内。7.1.4 试验步骤 试验步骤如下:a)将铜镜测试板放置在平整的表面上,铜镜面朝上,并随时防止灰尘和污物;b)将焊锡膏用厚度约为0.5mm,直径约为8mm的模具印刷在铜镜上,注意不得划伤镜面,同时将7.1.2配制的标准助焊剂滴约0.05mL在同一铜镜表面(滴管不得接触铜镜,标准助焊剂与焊锡膏不得相连);c)将制备好的铜镜放入232、相对湿度为50%5%的干燥柜内放置24h;d)将试验后的铜镜浸入清洁的无水乙醇或异丙醇中去除焊锡膏和标准助焊剂,检查清洗后的铜镜是否有腐蚀现象。7.1.5 结果与评价 在20倍视野
19、下观察铜膜是否有腐蚀减薄和腐蚀穿透的情况。7.2 铜板腐蚀 7.2.1 仪器设备和材料 仪器设备和材料包括:a)焊锡槽:可提供焊锡膏液相线以上505的温度;b)潮热试验箱:可提供温度402和相对湿度93%2%;c)干燥箱:可提供温度232和相对湿度50%5%;d)光学显微镜:可提供放大10 30 倍数;e)化学试剂:过硫酸氨、硫酸(=1.84 g/mL)、丙酮;f)分析天平:分辨率为0.001g;g)去离子水;h)玻璃搅拌棒;i)带硅胶的干燥器。7.2.2 测试准备 7.2.2.1 化学溶液配制 化学溶液配制方法如下:a)25%(体积比)过硫酸氨溶液:将250g过硫酸氨溶于去离子水中,并小心缓
20、慢加入5mL硫酸,冷却后用去离子水稀释至1000mL,用玻璃搅拌棒搅拌混合均匀;b)5%(体积比)硫酸:将50mL硫酸缓慢加入至400mL水中,混合均匀,冷却,稀释至1L,用玻璃搅拌棒搅拌混合均匀。7.2.2.2 铜板处理 T/CSTM 009212023 8 将厚度0.50mm 0.05mm的纯铜板(纯度大于99.9%)制成50mm 50mm的试验片,共5块。在每块铜板上用直径约为19mm的钢球将铜板压出一个深约3.2mm的杯形槽,装置如图1所示。然后按下列步骤对铜板进行处理:a)用丙酮去油;b)浸入652的5%硫酸液中1min,去除氧化膜;c)浸入232的25%过硫酸氨液中1min;d)用
21、自来水冲洗至多5s;e)浸入232的5%硫酸液中1min;f)自来水冲洗5s,然后再用去离子水冲洗;g)用丙酮冲洗,干燥(可用清洁空气干燥);h)如果不立即作试验,应将清洁的铜板储放在密闭的干燥器中备用,但至多保存1h。图图 1 铜板加工模具示意图铜板加工模具示意图 7.2.3 试验步骤 试验步骤如下:a)加热焊锡槽,并将温度稳定在焊锡膏液相线以上505;b)将约0.3g的焊锡膏放入铜板的凹槽处;c)将装有焊锡膏的铜板放在焊锡槽上进行加热,直到铜板凹槽处的焊锡膏熔化,并保持5s 1s,将铜板置于干燥器内冷却到室温;d)用20倍的光学显微镜仔细观察铜板,并记录观察情况,特别是变色等情况;e)取1
22、块试样留作对照试样,放入带硅胶的干燥器内。将另外4块试样垂直放置在402和相对湿度93%2%的环境试验箱内,每块试样间互不接触。试验时间为10天;f)取出试样在光学显微镜下检查,必要时可以清洗。7.2.4 结果与评价 放大20倍,仔细观察杯形槽中试样的变化情况,特别是记录颜色、颜色深浅及颜色分布等的变化情况,并与环境试验前的铜板进行比较。腐蚀生成物为青绿色或白色物,出现在铜板和焊剂残留物的交界处,根据腐蚀物的生成情况判断试样的腐蚀性。不出现腐蚀生成物为无腐蚀;出现少量腐蚀生成物为轻微腐蚀;出现腐蚀凹坑则为严重腐蚀。评价示意图详见附录A。T/CSTM 009212023 9 8 电气绝缘性能 8
23、.1 表面绝缘电阻 按SJ/T 113892019中6.12规定的方法进行测定。8.2 表面绝缘电阻(盖玻片)8.2.1 仪器设备和材料 仪器设备和材料包括:a)恒温恒湿箱:能保持温度(85 2),相对湿度(85 2)%;b)直流电源:能稳定提供45V50V直流电压;c)高阻仪:在直流试验电压100V时,能测量电阻1012;d)回流炉:具有预热区、保温区、回流区和冷却区共4个温区,整个回流炉应有7个或以上的可独立控温加热的区段,各温区温度控制精度为1,回流炉的传送带运行平稳。e)干燥箱:能提供(60 3)的温度;f)异丙醇:分析纯;g)无水乙醇:分析纯;h)去离子水或蒸馏水:最小电阻率为2 1
24、06Mcm;i)显微镜:可提供放大10 30 倍数;j)0.2mm厚的印刷钢网;k)梳形电极板:导电带宽为0.4mm,体间隙为0.5mm,基板尺寸为60mm 60mm,导电带长为17.75mm 0.05mm。导电带重叠部位长为15.60mm 0.05mm,基板为FR-4环氧树脂玻璃纤维板,板厚1.5mm。如图2所示。l)玻璃片:可覆盖梳形电极板上的梳形电极区域,厚度为1mm。图图 2 测量表面绝缘电阻用梳形电极板示意图测量表面绝缘电阻用梳形电极板示意图 8.2.1.1 试件制备 a)取6块梳形电极板,依次用无水乙醇、去离子水和异丙醇清洗干净、晾干,放入(60 3)干燥箱中干燥3h,用100V直
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