QJ
中华人民共和国航天行业标准
FL 1690 QJ 3173A—2021
代替QJ3173-2003
航天电子电气产品再流焊接技术要求
Reflow soldering technical requirements for aerospace electronic and electrical product assembly
2021-12-27发布 2022-03-01实施
国家国防科技工业局 发 布
QJ 3173A-2021
前 言
本标准代替QJ3173-2003《航天电子电气产品再流焊接技术要求》。
本标准和QJ3173-2003相比，主要有以下变化：
a）修订了焊膏涂覆设备、再流焊接设备、贴装设备的要求；
b）细化了对焊膏的技术要求：
c）细化了元器件贴装要求：
d）增加了焊接温度曲线设置原则：
e）增加了无铅焊料的焊接参数要求。
本标准由中国航天科技集团有限公司提出。
本标准由中国航天标准化研究所归口。
本标准起草单位：西安空间无线电技术研究所、中国航天标准化研究所。
本标准主要起草人：王宏、周 澄、郭 鹏、任联锋、吴言沛、李文建、李航宇。
QJ3173于2003年9月首次发布。
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航天电子电气产品再流焊接技术要求
1 范围
本标准规定了航天电子电气产品再流焊接的技术要求。
本标准适用于航天电子电气产品中印制电路板组装件上表面安装元器件的再流焊接。
2 规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包含勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本，凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
GB/T 29089 球形焊锡粉
QJ 165 航天电子电气产品安装通用技术要求
QJ2711静电放电敏感器件安装工艺技术要求
QJ 2828 航天电子装联术语
3 术语和定义
QJ 2828确立的术语和定义适用于本标准。
4 一般要求
4.1 人员
对操作和检验人员的要求应符合QJ165的要求。
4.2 环境
要求如下：
a）工作场地的环境条件应符合QJ165的要求：
b）静电放电敏感器件的安装环境应符合QJ2711的要求。
4.3 设备
4.3.1 焊膏涂覆设备
要求如下：
a）焊膏涂覆设备包括丝网印刷设备、自动喷涂（喷印）设备、手工点涂设备：
b）弄膏涂覆设备应具有良好的定位和重复精度，以保证适量的焊膏准确地涂覆在印制电路板的焊盘上，满足再流焊接时形成合格焊点的需求；
c〉 自动喷涂（喷印）设备应能识别各种主流的CAD文件或Gerber文件，可编程控制喷涂的形状和厚度：
d）手工点涂设备一般进行单点涂覆，可人工控制焊膏点涂的量。
4.3.2 贴装设备
要求如下：
a）设备不应对印制电路板和元器件造成机械损伤；
b）应能满足生产所需元器件的贴装，保证元器件引脚或焊端与印制电路板焊盘对准，并能够保证
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满足5.4各类型元器件贴装精度的要求。
4.3.3 再流焊接设备
再流焊接设备主要包括热风再流焊接设备、红外再流焊接设备、汽相再流焊接设备。具体要求如下：
a） 再流焊接设备不应对焊接组件造成报颤和相对移动，以免造成元器件偏移或出现扰动焊点而导致焊接不合格：
b）再流焊接设备应能够按照给定焊膏的回流焊接曲线要求，对印制电路板组装件进行加热，能提供焊接工艺要求的升降温速率：
c） 热风再流焊设备内部温度均匀性应良好，横向温差应不超过±5℃，炉内温度的控制精度应在±2℃以内：
d〉汽相再流焊接设备选用的汽相液沸点应高于焊料熔点至少12℃.
4.3.4 检验设备
检验设备主要进行元器件外观、锡膏涂覆质量、元器件焊点外观、焊点气孔率等检测，一般包括：
a） 放大镜，放大倍数3倍~20倍；
b）是微镜，放大倍数2倍~60倍；
c）焊音检测设备(SPI):
d）X射线无损检测设备：
e） 自动光学检测设备(AOI).
4.4 焊膏
4.4.1 航天电子电气产品中所使用的焊音，其性能、规格、牌号及各项技术指标均应符合产品设计文件和工艺文件的规定，并在保质期内。
4.4.2推荐使用的焊膏合金成分及适用范围如下：
a）Sm63/Pb37焊音，适用于常规元器件：
b）Sa62/Pb36/Ag2焊膏，适用于引线或焊端镀银的元器件焊接；
c）Sm96.5/Ag3/Cu0.5焊膏，适用于要求无铅焊接的场合。
4.4.3焊套中助焊剂应为松香基助焊剂（R型）或中等活性松香基助焊剂(RMA型)，其中R型助焊剂卤素含量应小于0.05%, RMA型助焊剂的卤素含量应为0.05%~0.15%.
4.4.4焊套中焊锡粉的粒度分布应符合GB/T29089的要求，按锡粉粒径分类为1~6型，通常情况下1~4型适用于丝网印刷方法，5、6号粒径适用于自动喷涂（喷印）方法。
4.4.5 丝网印刷用焊膏粘度应为700Pa-s~1300Pa-s,喷涂、点涂用焊膏粘度为150Pa-s~300Pa-s或符合技术文件的要求。
5 工艺技术要求
5.1 工艺流程
表面安装元器件在印制电路板上的组装可采用单面安装或者双面安装两种方式。
a） 采用单面安装时的工艺流程如图1所示。
生产准备
焊套设置
元器件贴装
再流焊接
清洗
检验
图1 单面安装工艺流程
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b）采用双面安装方式时，体积较大、高度较高、质量较重的元器件尽量分布在印制电路板元件面(CS面)，其他元器件可布局于焊接面(SS面)，一般先焊接SS面，再焊接CS面，具体流程如图2所示。
生产准备
元器件贴装
再流焊接
焊青涂膜
(ssen)
(58亩)
(SSID)
(CSO)
检验
清洗
再流焊接
贴架元器件
(CS面)
(CS面)
图2 双面安装工艺流程
5.2 生产准备
5.2.1 元器件预处理
表面安装元器件再流焊接前需进行预处理，具体要求如下：
a）湿度敏感元器件根据车间暴露寿命决定是否需要进行去湿处理，去湿条件应符合QJ 165的要求。
b）必要时需对元器件引线进行成形以与焊盘相匹配，成形时不应损害元器件引线的可焊性，或造成引线任何形式的机械损坏。元器件引线成形后的共面度应不大于0.1mm，歪斜度应不大于0.08mm.
c）焊接镀金引线或焊端前，应对镀金表面进行去金处理。具体操作应符合QJ165的要求。
d）柱栅阵列器件(CCGA)在回流焊接前，宜对焊柱端面以及侧表面被焊锡润湿的区域进行物理或化学去氧化操作。
5.2.2 印制电路板预处理
印制电路板焊接前应在烘箱中进行预算去湿处理，预烘温度和时间依据印制电路板类型确定，一般预烘温度为120℃，时间为2h~4h，去湿后应在8h内完成焊接。
5.3 焊膏涂灌
5.3.1 从冷藏条件下取出的焊膏，应在室温下或回温箱中进行回温，使焊膏温度与室温一致后再开盖使用。
5.3.2使用专用的搅拌设备或工具搅拌焊膏，使其成分均匀分布。
5.3.3对于片式元器件、引线中心间距不小于1.27mm的器件，可采用手工点涂、丝网印刷、自动喷涂（喷印）等方法涂覆焊音。
5.3.4对于引线中心间距小于等于1.27mm的器件，一般推荐采用丝网印刷设备、自动喷涂（喷印）设备涂覆锡膏。
5.3.5采用丝网印刷设备时，其要求如下：
a）丝网主要为不锈钢板或铜板，厚度为0.12mm~0.2mm，可设计为阶梯型：
b）锡膏印刷时，PCB板上表面与丝网下表面应无间隙；
c）刮刀压力一般为每厘米刮刀长度0.15kg~0.3kg,印刷速度一般为25mm/s到150mm/s,印制电路板与丝网脱模速度一般为（0.1mm/s~-0.2mm/s.
5.3.6检验焊膏覆盖焊盘面积应达到80%以上，锡膏图形偏出焊盘应小于0.2mm.对于细间距器件、栅阵列器件锡膏图形偏出焊盘应小于0.1mm.
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5.4 元器件贴装
5.4.1 元器件贴装时，应按照元器件由小到大、由低到高的顺序进行贴装。
5.4.2 可通过手工贴装或自动贴装方式进行元器件的贴装。
5.4.3 元器件安装方向与专用技术文件的要求一致。
5.4.4片式元器件在焊盘上居中贴放，端电极与焊膏应紧密接触，侧面超出焊盘量不应大于元器件宽度10%，焊膏溢出焊盘的距离应小于0.2mm.
5.4.5 翼形、J形引线在焊盘上应尽量居中贴放，引线侧边超出焊盘量不应大于引线宽度的10%，焊音溢出焊盘的距离应小于0.1mm.
5.4.6 圆柱形元器件在焊盘上应尽量居中贴放，侧边偏移不应超过电极宽度的25%.
5.4.7棚阵列器件引线不应偏出焊盘。
5.5 再流焊接
5.5.1 焊接温度曲线设置
5.5.1.1 再流焊接温度曲线一般为四个温区阶段，分别是预热区、保温区、再流区和冷却区。温度曲线的设定可选用下述原则来进行。
a） 首先根据焊接设备的加热方式、选用焊膏的熔点、印制电路板类型与尺寸、主要元器件类型与尺寸，设置初始焊接参数：
b） 使用与待焊接产品相同或相似的印制电路板作为测温板，采集焊接过程中的温度响应数据，据此调整设置参数，最终使采集的温度数据满足标准焊接曲线的要求；
c） 温度采集点应选择热容量最大和最小的元器件焊点位置，当元器件尺寸较大时应选择底部中心区域的焊点位置，通过在印制电路板上打孔的方式安装热电偶：
d） 热电偶通过耐高温胶粘测粘接、高温胶带粘接、高熔点焊料焊接等方式固定在被监测点的位置。
5.5.1.2 Sm63/Pb37焊音的典型温度曲线要求见表2(也适用于Sm62/Pb36/Ag2焊音)，其典型温度曲线示意图见图3.
表2 针对Sn63/Pb37焊膏的典型温度曲线要求
加热温区 要求
预热区 升温至120℃,升温速率1℃/s-2℃/s
保温区 120℃~160℃, 用时70s~80s
再流区 183℃以上，用时30s~120s,蜂雏温度210℃~230℃,最高不超过235℃
冷却区 冷却速率1℃/s-4℃/s
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℃
210℃~230℃
183
160|
30s~120s
120|
25
。
预热区
保温区
再流区
冷却区
图3 Sn63/Pb37 焊膏的典型温度曲线示意图
5.5.1.3 Sn96.5/Ag3/Cu0.5焊膏的典型温度曲线要求见表3.
表3 Sn96.5/Ag3/Cu0.5焊膏的典型温度曲线要求
加热温区 要求
预热区 升温至140℃,升温速率1℃s~2℃s
保温区 150℃~20℃,用时70s~90%
再流区 217℃以上，用时60k~90k,峰值温度230℃~240℃,最高不超过245℃
冷却区 冷却速率1℃/s-4℃/s
5.5.1.4采用真空再流焊接工艺时，可允许焊膏熔融时间超过标准规定值，但需对温度曲线进行工艺验证或鉴定。
5.5.2 生产过程再流焊接
5.5.2.1 调用焊接程序，待设备预热温度达到设定温度，或者设备达到焊接状态时，再进行焊接。
5.5.2.2在拿取、传递印制电路板组装件时，应避免发生磕碰，焊接时保证印制电路板放置水平。
5.5.2.3如对放置方式有要求时，应与制作温度曲线时测温板的放置方式保持一致。
5.6 清洗
印制电路板组装件的清洗，应符合QJ165的要求。
5.7 检验
5.7.1 BGA封装器件
5.7.1.1 可塌落焊料球的BOA器件
组装后的BGA封装器件，尽可能对其最外边（外围）焊点进行目视检查，用目视方法不能完成特征评定时，应采用X射线进行检查。可塌落焊料球的BGA器件焊点应满足以下要求：
a〉形成连续成鼓状的焊点：
b）焊点偏移不应大于焊盘直径的15%;
c）焊接完成后焊球之间的距离不应小于最小电气间隙要求，相邻焊点之间无任何形式的桥连；
d）采用X射线检查，焊球内气孔总面积不应大于焊点阴影面积的25%;
e） 同一器件底部不应存在直径大于0.1mm的锡珠，且不应存在10个以上直径大于0.03mm锯珠。
5.7.1.2 非塌落焊料球的BGA器件
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非塔落焊料球的BGA器件焊点应满足以下要求：
a） 熔融的焊料润湿了非塌落焊料球底部和PCB焊盘；
b）焊球偏移不应大于焊盘直径的15%，相邻焊球之间应无任何形式的桥连：
c） 焊点内气孔总面积不应大于焊点阴影面积的25%;
d） 同一器件底部不应存在直径大于0.1mm的锯珠，且不应存在10个以上直径大于0.03mm锡珠。
5.7.2 柱栅阵列(COGA) 器件焊点检验
5.7.2.1 CCGA器件外围的柱列焊点（包括器件端和印制电路板端），应在40倍显微镜下进行目视检查。焊点应满足以下要求：
a） 焊柱与焊料润湿良好，并形成连续焊点，焊料环绕焊柱圆周部分应不小于75%的圆周长度：
b）焊接后焊柱端部不应偏出焊盘：
c） 焊柱最大倾斜角度不应超过5°;
d）对于表面缠绕钢带的80Pb20Sm焊柱，不应出现焊柱溶蚀或焊柱侧边无焊锡润湿的现象。
5.7.2.2采用X射线对CCGA器件所有焊点进行检验，倾转观测角度，直至避开高铅柱列的阻挡，以观察焊点部分，应满足以下要求：
a）柱列无缺失，焊柱端部未偏出焊盘；
b）焊点内气孔阴影总面积应不大于焊点阴影面积的25%;
e） 柱列与顶部器件端和底部印制电路板焊盘应焊接良好，形成锥形焊点，焊料环绕焊柱圆周部分应不小于75%的圆周长度；
d） 同一器件底部不应存在直径大于0.1mm的锯珠，且应不存在10个以上直径大于0.03mm锡珠。