SMT組裝工藝材料——焊料焊膏..課件

1、SMT工藝材料3.1 SMT工藝材料的用途與應(yīng)用要求 3.1.1 SMT工藝材料的用途SMT材料包含： 焊料、膠黏劑等焊接和貼片材料，以及焊劑、清洗劑、熱轉(zhuǎn)換介質(zhì)等工藝材料。SMT材料的用途：1、焊膏與焊料：用于連接被焊接物金屬表面并形成焊點；2、焊劑：其主要作用是助焊；3、膠黏劑（也稱貼片膠）：把元器件貼裝預(yù)固定在PCB板上；4、清洗劑：用于清洗焊接工藝后殘留在SMA上的剩余物； 3.1 SMT工藝材料的用途與應(yīng)用要求 3.1.2 SMT工藝材料的應(yīng)用要求為適應(yīng)SMA的高質(zhì)量和高可靠性要求，在SMT工藝中對組裝工藝材料有很高的要求，主要有： 1、良好的穩(wěn)定性和可靠性； 2、能滿足高速生產(chǎn)需要

2、； 3、能滿足細(xì)引腳間距和高密度組裝需要； 4、能滿足環(huán)保要求；3.2 焊料 3.2.1焊料的作用與潤濕焊料：用來連接兩種兩種或多種金屬表面，同時在被連接的金屬表面之間起冶金學(xué)橋梁作用的金屬材料。常用焊料一種由2種或3種基本金屬和幾種熔點低于425摻雜金屬組成的。焊料能連接兩種金屬，是因為它能潤濕這兩個金屬表面，同時在它們中間形成金屬間化合物。潤濕是焊接的必要條件黑色部分是鉛(Pb)白色部分是錫(Sn)錫鉛結(jié)晶表面示意圖Sn/Pb焊料(1).在較低的溫度下也能夠焊接焊接在只有錫的情況下也可以完成，只是熔錫較困難。純錫的熔解溫度是232，純鉛的熔解溫度是327，而兩種金屬的合金，只要183就開始

3、熔化，使用起來較方便，不易對零部件造成熱損傷。(2).機械強度錫、鉛是柔軟，強度弱的金屬，但是兩種金屬的合金，強度則驟然增大。焊錫為什么使用錫和鉛的合金？3.2 焊料 3.2.1焊料的作用與潤濕焊料與金屬表面的潤濕程度用潤濕角來描述。潤濕角：是溶融焊料沿被連接的金屬表面潤濕鋪展而形成的二者之間夾角如下圖所示： 焊料潤濕的變化情況（a）完全潤濕（=0） （b）部分潤濕（0 90） （c）不潤濕（90） 3.2 焊料 3.2.2常用焊料的組成、物理常熟及特性焊料中的合金成分和比例對焊料的熔點、密度、機械性能、熱性能和電性能都有顯著的影響。如表所示（見課本85頁）在錫鉛系焊料中，加入鉍則焊料的最低熔

4、點可以降低到150左右；錫鉛焊料中錫的含量降至10%以下或在其中加入銀等金屬后，熔點可以升至300以上；常用焊料中Sn63/Pb37和Sn62/Pb36/Ag2具有最佳綜合性能；在低熔點焊料中，Sn43/Pb43/Bi14具有較好的綜合性能；3.2 焊料 3.2.2常用焊料的組成、物理常數(shù)及特性 S n-Pb合金是電子組裝應(yīng)用中最傳統(tǒng)和普通的焊料合金，它們具有合適的強度和可潤濕性，但是由于它們會與銀和金形成脆性的金屬化合物，不宜于焊接銀、銀合金、和金。Sn-Pb焊料的特性： 在厚膜電路組裝中，多數(shù)是對Ag、Au的金屬表面進(jìn)行焊接，由于 Ag和Au在焊料中的熔化速度比Pb、Cu更快，故在焊接時會

5、出現(xiàn)Ag和Au向焊料中擴(kuò)散溶蝕的現(xiàn)象，因此針對這種情況，我們應(yīng)該采取低溫短時間焊接，并選用Ag和Au難熔的焊料。焊料的共晶特性： 焊料合金有共晶和非共晶成分，共晶焊料由單熔點焊料合金組成，在某個熔點范圍內(nèi)固體焊料顆粒和熔融焊料不同時存在。3.2 焊料 3.2.3SMT焊料的形式和特性要求SMT焊料的形式： 1、膏狀焊料：再流焊工藝中采用的膏狀焊料，我們稱為焊膏； 2、棒狀焊料：用于浸漬焊接和波峰焊接； 3、絲狀焊料：用于各種烙鐵焊接場合； 4、預(yù)成形焊料：用于激光再流焊工藝和普通再流焊工藝中；卷裝焊錫絲線錫棒錫膏顆粒放大200倍含F(xiàn)lux的錫絲如下圖所示在直徑0.3mm2.0mm的錫線的心部，

6、加入固體的FLUX（助焊劑）。在使用烙鐵手工焊接的時候，焊錫和FLUX同時供給。3.2 焊料 3.2.3SMT焊料的形式和特性要求SMT焊料的特性要求： 1、其熔點比焊接母材料的熔點低，而且與被焊接材料結(jié)合后不能產(chǎn)生脆化反應(yīng)； 2、與大多數(shù)金屬具有良好的親和力，焊料生成的氧化物不會成為焊接潤濕不良的原因； 3、其供應(yīng)狀態(tài)適合自動化生產(chǎn)；3.2 焊料 焊料合金應(yīng)用注意事項： 1、正確選用溫度范圍； 2、注意機械性能的適用性； 3、被焊金屬和焊料成分組合形成多種金屬間化合物； 4、熔點問題； 5、防止溶蝕現(xiàn)象的發(fā)生； 6、防止焊料氧化和沉積；3.2 焊料我們所說的無鉛焊料，並不是指焊料中百分之百無

7、鉛，因為世界上不存在100%純度的金屬。所以，無鉛焊料實際是指焊料中鉛含量的上限問題，ISO9453、JISZ3282、RoHS指令均要求鉛的含量控制在0.1Wt%以下。無鉛焊料的定義：3.2 焊料主流無鉛焊料： Sn/Ag/Cu合金、 Sn/Ag/Cu/Bi、 Sn/Cu三大類92Sn/3.3Ag/4.7Bi焊料的特點： 1、具有更優(yōu)越的強度； 2、足夠的塑性和相當(dāng)?shù)目蛊谔匦裕?3、其熔點在210-215； 4、濕潤特性適合用于表面組裝電路組件(SMA)； 無鉛焊錫化學(xué)成份48Sn/52In42Sn/58Bi91Sn/9Zn93.5Sn/3Sb/2Bi/1.5Cu95.5Sn/3.5Ag/

8、1Zn93.3Sn/3.1Ag/3.1Bi/0.5Cu99.3Sn/0.7Cu95Sn/5Sb65Sn/25Ag/10Sb96.5Sn/3.5Ag熔點范圍118C 共熔138C 共熔199C 共熔218C 共熔218221C209 212C227C232240C233C221C 共熔說 明低熔點、昂貴、強度低已制定、Bi的可利用關(guān)注渣多、潛在腐蝕性高強度、很好的溫度疲勞特性高強度、好的溫度疲勞特性高強度、好的溫度疲勞特性高強度、高熔點好的剪切強度和溫度疲勞特性摩托羅拉專利、高強度高強度、高熔點97Sn/2Cu/0.8Sb/0.2Ag226228C高熔點無鉛錫膏熔化溫度范圍：浸焊、波峰焊： 目前

9、行業(yè)內(nèi)均普遍選用Sn-Cu 系二元無鉛焊料，其中以Sn-0.7Cu (熔點227) 應(yīng)用最廣?；亓骱福阂话氵x用Sn-3.5Ag或Sn-3Ag-0.5Cu系無鉛焊料。因為受電子元件耐熱性能的限制，回流焊的峰值溫度一般不能超過250，選用Sn-Ag 或Sn-Ag-Cu系的無鉛焊料，其熔點比Sn-Cu焊料低6左右(熔點217221)。3.2 焊料無鉛焊料應(yīng)該具有的基本性能： 1、熔點低，合金共晶溫度近似與Sn63/Pb37的共晶溫度，大致為180-220； 2、無毒或毒性低，現(xiàn)在和將來都不會污染環(huán)境； 3、熱傳導(dǎo)率和電傳導(dǎo)率與傳統(tǒng)焊料相當(dāng)； 4、具有良好的潤濕性； 5、機械性能良好，焊點要有足夠的機

10、械強度和抗熱老化性能； 6、要與現(xiàn)代的焊接設(shè)備和工藝兼容，可在不更新設(shè)備不改變現(xiàn)有工藝的條件下進(jìn)行焊接； 7、與目前使用的助焊劑兼容 8、焊接后對各焊點檢修容易； 9、成本低，所選的材料能充分供應(yīng)；3.3 焊膏錫膏的定義：錫膏是由合金焊料粉和糊狀助焊劑均勻攪拌而成的膏狀體；焊錫膏主要由金屬合金顆粒（焊粉）、助焊劑、活化劑和黏度活性劑等四部分組成。其中金屬顆粒約占焊錫膏總體積的90。 3.3 焊膏錫膏的主要參數(shù):1 合金類型2 錫粉顆粒3 助焊劑類型(殘余物的去除) 4 錫膏的黏度（一）合金焊料粉常用的合金焊料粉有以下幾種：錫一鉛(SnPb)、錫一鉛一銀(SnPb一Ag)、錫一鉛一鉍(SnPbB

11、i)等。 錫粉參數(shù):a.錫粉顆粒直徑大小b.顆粒形狀c.大小分布d.氧化比率3.3 焊膏a.錫粉顆粒直徑大小:電鏡掃描IPC J-STD-006 定義球形錫粉的直徑尺寸是長寬比率小于1.5倍。3.3 焊膏Optimum Good Poor越圓越好越小越均勻越好(流動性佳，成形佳)氧化層越薄越好 3.3焊膏b.錫粉顆粒形狀:目數(shù)：Mesh Concept描述顆粒大小 在國內(nèi)焊錫膏生產(chǎn)廠商多用錫粉的“顆粒度”來對不同錫膏進(jìn)行分類，而很多國外廠商或進(jìn)口焊錫膏多用“目數(shù)（MESH）”的概念來進(jìn)行不同錫膏的分類。目數(shù)（MESH）基本概念是指篩網(wǎng)每一平方英寸面積上的網(wǎng)孔數(shù)；在實際錫粉生產(chǎn)過程中，大多用幾層

12、不同網(wǎng)眼的篩網(wǎng)來收集錫粉，因每層篩網(wǎng)的網(wǎng)眼大小不同，所以透過每層網(wǎng)眼的錫粉其顆粒度也不盡相同，最后收集到的錫粉顆粒，其顆粒度也是一個區(qū)域值； 從以上概念來看，錫膏目數(shù)指標(biāo)越大，該錫膏中錫粉的顆粒直徑就越??；而當(dāng)目數(shù)越小時，就表示錫膏中錫粉的顆粒越大； 200 mesh325 mesh500 mesh-200+325 -325+500 3.3 焊膏c.錫粉大小分布:焊料顆粒的尺寸一般為-200目/+325目，在有0.5mm腳間距的器件印刷錫膏時，焊料顆粒尺寸應(yīng)比常規(guī)小，可以選用顆粒尺寸是-325目+500目的焊膏。 粉粒等級 網(wǎng)眼大小 顆粒大小IPC TYPE 2 -200+325 45-75微

13、米IPC TYPE 3 -325+500 25-45微米IPC TYPE 4 -400+635 20-38微米d:錫粉的氧化：合金焊料粉末氧化引起錫珠焊粉的選擇金屬含量較高(大于90)時，可以改善焊錫膏的塌落度，有利于形成飽滿的焊點，并且由于焊劑量相對較少，故可減少焊劑殘留物，有效防止焊球的出現(xiàn)，其缺點是對印刷和焊接工藝要求較嚴(yán)格。金屬含量較低(小于85)時，印刷性好，焊錫膏不易粘刮刀，漏板壽命長，潤濕性好，加工較易；缺點是易塌落，易出現(xiàn)焊球和橋接等缺陷。一般，由印刷鋼板或網(wǎng)板的開口尺寸或注射器的口徑來決定所選焊錫粉顆粒的大小和形狀。不同的焊盤尺寸和元器件引腳應(yīng)選用不同顆粒度的焊料粉（二）焊錫

14、膏中的焊劑優(yōu)良焊劑應(yīng)具備的條件高的沸點，以防止焊膏在回流焊的過程中出現(xiàn)噴射；高的黏稠性，以防止焊膏在存放過程中出現(xiàn)沉淀；低鹵素含量，以防止回流焊后腐蝕焊點；低的吸潮性，以防止焊膏在使用過程中吸收空氣中的水蒸氣。（二）焊錫膏中的焊劑焊劑的組成它由成膜物質(zhì)、溶劑、活化劑（表面活性劑、催化劑）、界面劑（緩蝕劑、穩(wěn)定劑、抗氧化劑、觸變劑）等組成，其中：成膜物質(zhì)：能在焊接后形成一層緊密的有機膜，保護(hù)了焊點和基板，具有防腐蝕性和優(yōu)良的電氣絕緣性。常用的成膜物質(zhì)有松香、酚醛樹脂、丙烯酸樹脂、氯乙烯樹脂、聚氨酯等。一般加入量在10%20%，在普通家電或要求不高的電器裝配中使用成膜物質(zhì)后的電器部件可不清洗以降低

15、成本，而在精密電子裝配完成后仍要清洗?；罨瘎菏且环N酸或能隨熱而產(chǎn)生酸的成分，去除被焊接金屬表面的氧化物，在加熱過程中避免被焊接金屬表面和焊錫發(fā)生二次氧化。溶劑：讓各種成分保持在溶解的狀態(tài)的載體，大多采用異丙醇或乙醇。界面劑：在發(fā)泡的應(yīng)用上，可以維持細(xì)小而且均勻的泡沫，降低表面張力，增加焊劑在被焊接金屬表面的濕潤性；當(dāng)溶劑在預(yù)熱階段揮發(fā)時，可使活性劑均勻地沉積分布在電路板的焊錫面上。（二）焊錫膏中的焊劑焊膏分類： 可根據(jù)焊膏合金成分、不同使用溫度、不同的焊接系統(tǒng)進(jìn)行分來，按焊劑活性可分為：R、RMA、RA幾種類型，R型一般用于航天、軍事，RMA一般用于高可靠性電路組件，RA型用于一般的消費電子

16、。根據(jù)焊劑的成份分松香型錫膏、免洗型錫膏、水溶性型錫膏溶劑型錫膏。根據(jù)回焊溫度分高溫錫膏、常溫錫膏、低溫錫膏。根據(jù)金屬成份分含鉛錫膏Sn62/Pb36/Ag2或 Sn63/ Pb37，無鉛錫膏Sn96.5/Ag3/Cu0.5。焊膏的熔點與焊接溫度： 焊膏的熔點與合金焊料的成分有關(guān)，成分不同，焊膏的熔點也會不同，同時，在實際生產(chǎn)中，焊膏焊接的溫度設(shè)置就會不同，同時，焊接的效果也會不同。把能隨意改變形態(tài)或任意分割的物體稱為流體。研究流體受外力而產(chǎn)生形變與流動行為規(guī)律和特征的科學(xué)稱為流變學(xué)。在工程中則用黏度來表征流體黏度性的大小。錫膏黏度對錫膏性能的影響：焊錫膏的存儲和使用焊錫膏使用時要注意以下幾點

17、： （1）焊錫膏購買到貨后，應(yīng)登記到達(dá)時間、保質(zhì)期、型號，并為每罐焊錫膏編號。（2）焊錫膏應(yīng)以密封形式保存在恒溫和恒濕的冰箱內(nèi)，溫度約為210。溫度過高，焊劑與合金焊料粉起化學(xué)反應(yīng)，使黏度上升影響其印刷性；溫度過低(低于0)，焊劑中的松香會產(chǎn)生結(jié)晶現(xiàn)象，使焊錫膏形狀惡化。（3）焊錫膏使用時，應(yīng)提前至少4小時從冰箱中取出，寫下時間、編號、使用者和應(yīng)用的產(chǎn)品，并密封置于室溫下，待焊錫膏達(dá)到室溫時打開瓶蓋。如果在低溫下打開，則容易吸收水汽，回流焊時容易產(chǎn)生錫珠。注意：不能把焊錫膏置于熱風(fēng)器和空調(diào)等旁邊加速其升溫。（4）焊錫膏開封后，應(yīng)至少用攪拌機或手工攪拌5分鐘，使焊錫膏中的各成分均勻，降低焊錫膏的

18、黏度。注意：用攪拌機進(jìn)行攪拌時，攪拌頻率要慢，大約l2轉(zhuǎn)秒。焊錫膏使用時要注意以下幾點：（5）焊錫膏置于漏板上超過30分鐘未使用時，應(yīng)先用絲印機的攪拌功能攪拌后再使用。若中間間隔時間較長，則應(yīng)將焊錫膏重新放回罐中，并蓋緊瓶蓋，再次使用時應(yīng)按步驟（4）進(jìn)行操作。從漏板上刮回的焊錫膏也應(yīng)密封冷藏。（6）根據(jù)印制板的幅面及焊點的多少，決定第一次加到漏板上的焊錫膏量，一般第一次加200300克，印刷一段時間后再適當(dāng)加入一點。（7）焊錫膏印刷后應(yīng)在24小時內(nèi)貼裝完，超過時間應(yīng)把焊錫膏清洗后重新印刷。超過時間使用期的焊錫膏絕對不能使用。（8）免清洗焊膏修板時，如不使用助焊劑，焊點不要用酒精擦洗，但修板時使用助焊劑，焊點以外沒有被加熱的殘留助焊劑必須隨時擦洗掉；需要清洗的產(chǎn)品，再流焊后應(yīng)在當(dāng)天完成清洗。（9）印刷焊膏和進(jìn)行貼片操作時，要求拿PCB的邊緣或帶手套，以防止污染PCB。焊錫膏的質(zhì)量控制 焊錫膏的選用（1）根據(jù)產(chǎn)品工藝選擇合金成分和助焊劑（2）根據(jù)產(chǎn)品(印制板)對清潔度的要求及焊后不同的清洗工藝來選擇焊錫膏。（3）根據(jù)PCB和元器件的存放時間和表面氧化程度來選擇焊錫膏的活性。（4）根據(jù)PCB的組裝密度(有無窄間距)來選擇合金粉末的顆粒度，常