電子輔料的選擇與使用

1、電子輔料的選擇與使用第一章引言電子輔料的定義、范圍電子工業(yè)所使用的材料種類非常多，但主要包括兩大類：一、電子設(shè)備、儀器儀表以及元器件等所用的主要組成材料，比方：半導體材料、陶瓷材料、傳感器材料等等，這類材料通常叫電子專用材料，通稱 電子材料。二、另一大類材料則主要是電子裝配工藝所用的輔助材料，這類材料一般用量差異很大，比方用量特別大的焊料、助焊劑、膠、清洗劑等，也有用量較少的潤滑油、油墨等。這里我們要討論或?qū)W習的主要是第二類材料，即所謂的電子輔助材料， 并且主要包括用量大、且對電子產(chǎn)品的質(zhì)量與可靠性影響大的主要的幾種產(chǎn)品：電子焊料、助焊劑等。電子輔料與電子產(chǎn)品的質(zhì)量與可靠性隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的蓬

2、勃發(fā)展，服務(wù)于電子組裝與加工的電子輔助材料的需求也急劇增長，其中最主要且用量很大的就是助焊劑、焊錫絲、焊錫條以及焊錫膏，這些材料的質(zhì)量好壞與否對電子產(chǎn)品的質(zhì)量與可靠性有著及其重要的影響，我們在多年的電子輔料的產(chǎn)品檢測與電子產(chǎn)品的失效分析中發(fā)現(xiàn)，許多電子產(chǎn)品的早期組裝失效中，極大部分都是由于這些電子輔料的使用不當或輔料本身的質(zhì)量指標不符合要求造成的，這案例非常多。當然還有一部分是產(chǎn)品設(shè)計缺陷、制造流程控制等原因的不足引起的。第二章 助焊劑助焊劑是一種促進焊接的化學物質(zhì)，其作用主要是去除待焊接面的氧化物，改善焊料對被焊接面的潤濕，從而形成良好的焊接連接。 助焊劑的質(zhì)量和其與工藝的兼容性對良好焊點

3、的形成有著極其重要影響，因此，必須仔細分析產(chǎn)品的組成結(jié)構(gòu)與技術(shù)指標，深入理解其對焊接工藝帶來的影響，才能決定選用好助焊劑產(chǎn)品，同時也才能盡快準確地分析焊接失效問 題，找到解決焊接不良的方法，以便工藝生產(chǎn)連續(xù)順利的進行。2. 1 焊劑的成份組成助焊劑種類繁多，但其成份一般可包括：保護劑、活化劑、擴散劑和溶劑，有的還可以添加緩蝕劑或消光劑。保護劑保護劑覆蓋在焊接部位， 在焊接過程中起到防止氧化作用的物質(zhì)，焊接完成后，能形成一層保護膜。常用松香作保護劑， 也可添加少量的高分子成膜物質(zhì)，如酚醛樹脂、改性丙烯酸樹脂等，但會造成清洗困難?；罨瘎┖竸┤コ趸锏哪芰χ饕揽克釋ρ趸锏娜芙庾饔?，這種作用由活

4、化劑來完成?；罨瘎┩ǔ＿x用分子量大，并具有一定熱穩(wěn)定性的有機酸。 活性劑含量增加，可以提高助焊 性能，但腐蝕性也會增強。因此，活化劑含量一般控制在1%5%,最多不能超過10%。擴散劑擴散劑可以改善焊劑的流動性和潤濕性。其作用是降低焊劑的外表張力，并引導焊料向四周擴散，從而形成光滑的焊點。 常用甘油丙三醇作為擴散劑，含量控制在1%以下。 4. 溶劑溶劑的作用是將松香、活化劑、擴散劑等物質(zhì)溶解，配置成液態(tài)焊劑。通常采用乙醇、 異丙醇等。2助焊劑的作用原理助焊劑的化學作用焊劑的化學作用主要表現(xiàn)在到達焊接溫度前能充分地使金屬外表的氧化物復原或置換，形成新的金屬鹽類化合物。下面以常用的焊劑一松香為例，說

5、明焊劑的化學作用。松香是典型的有機酸類焊劑，其主要成份是松香酸，約占80%。松香酸在170 C,活性表現(xiàn)得比較充分。如在進行銅或銅合金焊接時，氧化銅和松香酸在加熱條件下，生成松香酸銅金屬鹽，而松香酸銅受熱分解，除生成活性銅外，還可以重新聚合成松香酸。生成的 活性銅可與熔融焊料中的錫金屬反應(yīng)，生成銅錫合金，從而到達焊接的目的。其他一切有機酸的化學反應(yīng)與上述反應(yīng)類似，則一切有機酸和金屬氧化物反應(yīng)，所生成的金屬鹽和熔融焊料反應(yīng)，控制著焊料和被焊金屬的潤濕性，也說明焊劑去除氧化物的能力。助焊劑的物理作用焊劑的物理作用主要表現(xiàn)在兩個方面，其一，改善電烙鐵焊接時的熱傳導作用。因為焊接時烙鐵頭和被焊金屬的接

6、觸不可能是平整的，它們之間包裹的空氣起到隔熱物質(zhì)的作用。施加焊劑后，焊劑填充空隙，使焊料和被焊金屬迅速加熱，提高了熱傳導性，縮短焊接時間。其二，施加焊劑能減小熔融焊料的外表張力。如共晶焊料的外表張力為49Pa,用松香焊劑后，焊料的外表張力可降到 39Pa,而用氯化鋅焊劑，外表張力可降到33.1Pa。助焊劑的主要性能指標電子焊接使用的助焊劑的主要性能指標有：外觀、物理穩(wěn)定性、密度、粘度、固體含量不揮發(fā)物含量、可焊性以擴展率或潤濕力表示、鹵素含量、水萃取液電阻率、銅鏡腐 蝕性、銅板腐蝕性、外表絕緣電阻、酸值等。下面簡要地對這些技術(shù)指標進行解析，以方便 根據(jù)這些指標分析產(chǎn)品性能的優(yōu)劣。一外觀：助焊劑

7、外觀首先必須均勻，液體焊劑還需透明，任何異物或分層的存在均會 造成焊接缺陷；二 物理穩(wěn)定性：通常要求在一定的溫度環(huán)境一般545C下，產(chǎn)品能穩(wěn)定存在，否則在炎熱的夏天或嚴寒天氣就不能正常使用；三 密度與粘度：這是工藝選擇與控制參數(shù)，必須有參考的數(shù)據(jù)，太高的粘度將使該產(chǎn) 品使用帶來困難；四 固體含量不揮發(fā)物含量：表示的是焊劑中的非溶劑部分，實際上它與不揮發(fā)物 含量意義不同，數(shù)值也有差異，后者是從測試的角度講的，它與焊接后殘留量有一定的 對應(yīng)關(guān)系，但并非唯一。五 可焊性：指標也非常關(guān)鍵，它表示的是助焊效果，如果以擴展率來表示，孤立的講 它是越大越好，但腐蝕性也會越來越大，因此為了保證焊后良好的可靠性

8、，擴展率一般 在8092%間。六鹵素含量：將含鹵素F、Cl、Br、I的活性劑加入助焊劑可以顯著的提高其可焊 性，改善焊接效果，但如果含量過多則會帶來一系列的腐蝕問題，例如焊接后鹵素殘留 多時會造成焊點發(fā)黑、并循環(huán)腐蝕焊點中的鉛產(chǎn)生白色粉末，因此其含量也是一個非常 主要的技術(shù)指標，它是以離子氯的含量來表示的離子性的氯、澳、碘的總和，由于檢測 標準不同可能有不同的表示含義，比方現(xiàn)行的IPC標準則是以焊劑中的固體部分作分母，由于固體部分即不揮發(fā)物含量通常只占液體焊劑的 10%以下，因此它的表示值看起 來通常較大，而 GB或舊的JIS日本工業(yè)標準標準則以整個焊劑的質(zhì)量做分母，其 值就相對較小。七 水萃

9、取液電阻率：該指標反映的是焊劑中的導電離子的含量水平，阻值越小離子含 量越多，焊后對電性能的影響越大，目前按照樹脂型焊劑的標準要求，低固態(tài)或有機酸 型焊劑大多達不到 A類產(chǎn)品JIS Z 328386和GB9491 88規(guī)定的RMA類型產(chǎn)品的 要求。隨著助焊劑向低固態(tài)免清洗方向發(fā)展，因此最新的 ANSI/J-STD-004標準已經(jīng)放 棄該指標，但在外表絕緣電阻一項指標里加嚴了要求。八 腐蝕性：助焊劑由于其可焊性的要求，必然會給PCB或焊點帶來一定的腐蝕性。為了衡量腐蝕性的大小，各種標準均規(guī)定了腐蝕性的測量方法，其中銅鏡腐蝕是測試使用時當時的腐蝕性大小，銅板腐蝕 測試反映的是焊后殘留物的腐蝕性大小

10、，指示的是可靠性指標，因此各有側(cè)重，對有高質(zhì)量和可靠性要求的電子產(chǎn)品，必須進行該項測試，并且其環(huán)境試驗時間需 10天一般710天。九 外表絕緣電阻：一個最重要的指標就是外表絕緣電阻 SIR，各標準對助焊劑的焊 前焊后的SIR均有嚴格的要求，因為對用其組裝的電子產(chǎn)品的電性能影響極大，嚴重的 可造成信號紊亂，不能正常工作，按 GB或JIS標準的要求SIR最低不能小于1010Q, 而J-STD-004則要求SIR最低不能小于108口，由于試驗方法不同， 這兩個要求的數(shù)值間 沒有可比性，對于某些產(chǎn)品而然，其要求會更高。助焊劑的有關(guān)標準在 1995 年制定 J-STD-004（Requirements

11、for Soldering Fluxes）標準以前，國內(nèi)外已經(jīng)有許 多助焊劑的標準、技術(shù)要求和試驗方法，例如： GB9491-88、JIS Z3197 86、QQS 571、 MIL F-14256以及IPC-SF- 818等，此外還有適用于焊錫絲樹脂芯焊劑的GB3131 88與JIS Z3283 86等。這些標準大多數(shù)是80年代制定的，有些適用范圍比較窄，比方國標GB9491-88是早期對松香型焊劑的要求標準，現(xiàn)在已不能適應(yīng)助焊劑發(fā)展的需求，如該標準中有規(guī)定固體含量（不揮發(fā)物含量）必須大于15%這類令人無所適從的要求等。為了適應(yīng)電子 工藝的發(fā)展，助焊劑也朝低殘留、免清洗的方向發(fā)展，于是國內(nèi)曾

12、經(jīng)出現(xiàn)免洗型焊劑的試行標準，但該標準存在明顯的缺陷，比方給免洗焊劑的概念規(guī)定了如固體含量、離子污染值（該參數(shù)與助焊劑使用的工藝條件、PCB等有關(guān)，并非為助焊劑所特有的指標）等具體的技術(shù)指標。因此，根據(jù)我們長期從事助焊劑檢測與研發(fā)的經(jīng)驗和分析，JSTD 004是目前最適用的標準，但必須熟悉該標準的有關(guān)要求以便更好地根據(jù)該標準選擇焊劑。J STD 004的特點與技術(shù)要求助焊劑的分類（J-STD-004）J- STD -004標準幾乎包括了所有類型的焊劑。對于J STD 004而言，沒有不合格的助焊劑產(chǎn)品，僅僅類別不同而已，這就給焊劑的選用造成一定的困難。所以用戶必須首先熟悉該標準的分類方法以及每類

13、產(chǎn)品的技術(shù)特點，然后根據(jù)自己的情況做出最正確的選 擇。JSTD 004將所有焊劑分成24個類別，涵蓋了目前所有的焊劑類型。首先，該標準 根據(jù)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）;無機型（Inorganic、IN）。括號中的縮寫字母為代號。其次，根據(jù)銅 鏡試驗的結(jié)果將焊劑的活，f水平劃分為三級：L （表示焊劑/焊劑殘留物的活性低或無活性），M（表示“劑/焊劑殘留物活性中等），H（表示焊劑/焊劑殘留物高活性）；再根據(jù)焊劑中有無鹵 素進一步細分為 L0、L1、M0、M1、H0、H1,其中0表示無鹵素，1表示有

14、鹵素。助焊劑的分類如表1所示。表1 J-STD-004對助焊劑的分類焊劑(主要)組成材料Flux Materials of Composition焊劑活性水平(鹵素含量% )/焊劑類型FluxActivity Levels(% Halide)/ Flux Type焊劑標識（代號）Flux DesignatorRosin (RO)Low (0.0%)L0ROL0Low (2.0%)H1ROH1Resin (RE)Low (0.0%)L0REL0Low (2.0%)H1REH1Organic (OR)Low (0.0%)L0ORL0Low (2.0%)H1ORH1Inorganic (IN)Low

15、 (0.0%)L0INL0Low (2.0%)H1INH1表中各種分類是以焊劑中固體部分的主要組成為依據(jù)的，比方焊劑的固體部分中以有機酸為主，則該焊劑類型用OR表示。表中第二列為焊劑的活性水平與焊劑類型，第三列則是焊劑的標識，例如 ROL1焊劑表示該焊劑為松香型、低活性、鹵素含量低于0.5%。值得注意的是，該標準的鹵素含量表示方法與以前其他標準形式一樣但含義不同，這是由于測試方法不同所造成的， 本標準引用的測試方法基本來自IPC-TM- 650,其鹵素含量是指鹵素占焊劑固體部分的含量，舊標準比方GB9491或JIS Z319786等則是指鹵素占整個焊劑的含量，因此，用 J STD - 004標

16、準規(guī)定的鹵素含量常常比舊標準的規(guī)定高得多，它們之間 無法直接進行比較。根據(jù)以上分類，則大部分舊標準中的 RMA焊劑相當于JSTD 004 規(guī)定的ROL1類型焊劑；許多低固態(tài)免洗焊劑屬于ORM0（有機酸、中等活性、無鹵素）類型焊劑；而大部分水溶性膏狀焊劑則屬于ORH0類型焊劑?；钚苑诸惻c測試要求表2則是JSTD 004規(guī)定的焊劑活性分類的檢測技術(shù)要求，同時也是當用戶或供 應(yīng)商指定焊劑標識或類型后檢測合格與否的基本依據(jù)。例如，對于外表絕緣電（SIR）, L0或L1均要求焊接后清洗和未清洗應(yīng)大于 100M 而H類型產(chǎn)品則要求清洗后到達該要 求。此外，該標準與以前其他標準的明顯不同是，對水萃取液電阻率

17、沒有具體的規(guī)定。筆者認為可能是本標準的 SIR（外表絕緣電阻）測試方法（在85C、85% RH、DC50V下168h后直 接在該環(huán)境下測試）非常嚴格，其中包含了水萃取液電阻率測試的目的與要求的緣故。同時，根據(jù)筆者對大量測試數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)，除了松香含量較高的部分松香性產(chǎn)品外，很少有其他樣品能到達原來標準規(guī)定的基本要求（如RMA型需大于5X 104a cm）。所以，去掉該項要求是合理的，也適應(yīng)了焊劑發(fā)展的需要。此外， JSTD004規(guī)定的SIR的合格值與一些舊 標準規(guī)定白合格值（如RMA : I。11（）相比小了很多，這是由于 J標準引用的測試方法基本 上來自IPC TM650,后者的測試條件與舊

18、標準比起來嚴酷得多，新舊標準之間的SIR值大小沒有可比性。表2焊劑活性分類的測試要求焊齊I 回銅鏡試驗鹵素含量（定性）鹵素含量（MM）腐蝕試驗SIR必須大于100M 的條件銘酸銀試 驗（Cl,Br）含氟點測試（F）(Cl,Br,F)L0銅鏡無穿透現(xiàn) 象通過通過0.0%無腐蝕清洗皿清洗L1通過通過 2.0%6焊劑的選擇J標準與傳統(tǒng)標準的焊劑類型性能比較為了更好地選擇適合自己的焊劑，我們對傳統(tǒng)的焊劑分類方法劃分的焊劑類型與J- STD 004規(guī)定的L、M、H各類型焊劑進行比較分析，以便給用戶一個更清晰的輪廓，表 3就 是它們之間的分類比較表。由表中可看出，一個低固態(tài)免清洗焊劑可能是L1類型焊劑也可

19、能是M0類型焊劑，有些工藝線可以用 REL1類型的低固態(tài)免洗焊劑產(chǎn)品，而有些則不能用ORL1的低固態(tài)免洗類型， 顯然J STD 004的分類更具有廣泛性， 用活性與腐蝕性與鹵素 含量及主要材質(zhì)來細分焊劑類型，更有利于用戶根據(jù)自己產(chǎn)品實際情況的選擇使用。表3傳統(tǒng)焊劑的分類與 J STD 004的分類比較序號J-STD-004 分類與之相當?shù)膫鹘y(tǒng)焊劑分類1L0類型焊齊IJ所有R類型焊劑2一些低固態(tài)“免洗”型焊劑3一些RMA類型焊劑4L1類型焊劑大部分RMA5一些RA類型6M0類型焊劑一些RA類型17一些低固態(tài)“免洗”型焊劑8M1類型焊齊I大部分RA類型焊劑一些RSA類型焊劑9H0類型焊劑一些水溶性

20、焊劑10H1類型焊齊I一些RSA類型焊劑11大部分水溶性焊劑與合成活化焊劑消費類電子產(chǎn)品的一般分類方法我們借用另一個J標準，即J STD-001C (電氣焊接與電子裝配的技術(shù)要求)中規(guī)定的有關(guān)終端電子產(chǎn)品的分類方法。該標準根據(jù)主要功能或性能的要求將電子產(chǎn)品分成三大類： 第一類(Class 1)為通用電子產(chǎn)品，主要是普通的消費類電子產(chǎn)品，如收錄機、收音機等。第 二類(Class 2)為所謂專門、耐用消費類電子產(chǎn)品，包括對性能與壽命均有一定要求但并非十 分嚴格的產(chǎn)品，這類產(chǎn)品要求在典型的使用環(huán)境條件下不能出現(xiàn)早期失效情況，例如電腦、 通訊產(chǎn)品與一些汽車電子產(chǎn)品等。第三類(Class 3)則是高性能

21、要求的電子產(chǎn)品，包括那些需連續(xù)高性能和惡劣的環(huán)境條件下使用、但在壽命期內(nèi)又不能出現(xiàn)失效現(xiàn)象的電子產(chǎn)品，例如軍事用途產(chǎn)品、航空航天電子產(chǎn)品以及用于救生系統(tǒng)的電子產(chǎn)品等。助焊劑的選用雖然JSTD001B規(guī)定電子電氣焊接工藝中的焊劑必須符合J STD 004的要求，但沒有給出如何從 24種焊劑類型中選用焊劑的指導意見，僅僅規(guī)定了第三類電子產(chǎn)品的焊 接裝配線只能選用 ROL0、ROL1、REL0、REL1以及ORL0類型焊劑，ORL1類型的焊劑不 能用于免清洗焊接工藝的要求。因此只有選定焊劑類型后，各項指標的要求才能具體化和便于操作。首先，助焊劑用戶必須自我決定焊接裝配產(chǎn)品的類別，然后，我們再根據(jù)長期

22、進行電子產(chǎn)品失效分析與焊劑檢測的經(jīng)驗，向用戶推薦根據(jù)表 4來選擇的助焊劑產(chǎn)品。 值得注意的是，電子裝配焊接工藝中一般不用無機焊劑，否則極易出現(xiàn)腐蝕與漏電現(xiàn)象，造成電子產(chǎn)品早期失效。表4不同類型產(chǎn)品和工藝可供選擇的助焊劑類型電子產(chǎn)品類別焊接后的清洗工 可用的焊劑類型焊接后的免清洗工藝中可用的焊劑類型Rosin (RO)Resin (RE)Organic(OR)Rosin (RO)Resin (RE)Organic(OR)1L0,L1,M0,M1,H0,H1L0,L1,M0,M1L0,L1,M0, M1L0, M02L0,L1,M0,M1L0,L1,M0,L0,L1,M0,L0,M03L0, L1

23、L0,L1L0,L1L0表4所給出的建議反映的是一般情況，即按表4的分類進行助焊劑產(chǎn)品的選用時，在通常條件下不會出現(xiàn)焊接或產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性問題。如果采取必要的措施后能保證滿足焊接和產(chǎn)品質(zhì)量的要求，也可作出其它選擇，例如第二類產(chǎn)品也可使用水溶性的H0焊劑，只要能保證焊接和清洗后無相關(guān)的質(zhì)量問題即可。J STD-001B對第三類電子產(chǎn)品規(guī)定其免清洗工藝裝配不能使用 ORL1類型焊劑是有道理的，這是因為，如果不用樹脂或松香覆蓋鹵素殘 留物，就有潛在的腐蝕性即使這種殘留物只有一點點。所以免清洗焊劑是相對的，是對一定的電子產(chǎn)品而言的， 要專門制定一個免清洗焊劑標準意義不大，比方要求免清洗焊劑的固體含量低

24、于 2%就更沒有理論依據(jù)和實際意義，倒不如直接采用J STD 004標準的做法，將焊劑分成24種類別，根據(jù)自己的電子產(chǎn)品的分類或要求來選用適合的助焊劑。但是 在作出選擇時需要一定的經(jīng)驗，因此建議按表4的方法選用焊劑。當焊劑類型確認以后， 委托有能力的、獨立的第三方機構(gòu)進行測試，鑒定該種產(chǎn)品是否符合所選定焊劑類型的技術(shù)要求，合格后方可進行試用；并經(jīng)焊接質(zhì)量與可靠性測試合格后，方可初步確認供給商及其助焊劑產(chǎn)品，這是所謂“技術(shù)采購”的基本步驟，當然技術(shù)采購還包括供給商的供貨能力與品質(zhì)保證方面的認證等等。2. 7助焊劑選用的其它考量上述方法并非盡善盡美，當上面所說的選用方法和步驟不能滿足所有要求時，需

25、要做些 其它的考量和補充，比方焊劑還可按焊接后焊點的外觀來分類，分成光亮型和消光型， 有些PCBA的版面較大，焊點很多，為了易于檢查焊點的外觀質(zhì)量，通常選用能消光的助焊劑。此外，焊劑的使用還受所用設(shè)備的影響，例如，如果使用焊劑的方式用噴霧的方法，則不能用固體含量過高的焊劑，否則極易造成噴嘴的堵塞，以致噴霧量下降，最后影響焊接效果。相反，施加助焊劑使用發(fā)泡法的設(shè)備，如果使用的助焊劑的固體含量太低，則會影響發(fā)泡的效果，使得要焊接的 PCB版面助焊劑噴涂不均勻，最后也會影響焊接質(zhì)量。所以，助焊劑的選擇與使用的一般步驟為：一、所需裝配的電子產(chǎn)品的類別確定；二、根據(jù)本文表4的方法初步確認所用助焊劑的類型

26、；三、結(jié)合本文2.5款進行全面的考量進一步選定助焊劑的類型；四、客觀抽樣委托第三方機構(gòu)進行檢測評價；五、工藝試用試驗，對焊接質(zhì)量進行評估；六、應(yīng)商供貨能力與品質(zhì)保證措施現(xiàn)場認證。第三章焊料在焊接時凡是用束使二種或二種以上金屬連接成為一個整體的金屬或合金被稱為煤 科2投其里成成分,焊料可分為蛤肆料、銀餌料和南爆料手接其燧點，嬸料又可分為乾焊 例（蝠點在450以下）和硬爆料燃點烹于450X!）o在電子設(shè)備裝里中常用的焊揍材料是 忸-犯系焊料中主要形式為潛峰燈序用最多的鉀錫條* 3- 1 寨理料的軸性U）的比:在合金學的2-朗系璋料狀態(tài)圖（如圖1 ）中我們町以看出當鑄含量為 6L9%、齡百通為38.

27、1 %時為管幅合金的熱晶點（A點八達到這樣儲帶比的共晶合金具有圖1錫一鉛廬料狀態(tài)圖 相圖:最優(yōu)井的特性，它熔點低、爆砂和最固過程前單.源動性好，因此非常適合用作焊料，通常稱 為共品爆料口由于駕忸比處在共晶點附近的焊料的庫接性能是最優(yōu)良的，所以在實際使用中，一般來 用強含量為60% 63%、鉛含量為4。%37%的共晶憚料，即牌號為51】60Pb40(含量 59%6L%)、Sn63Pb37gi含*63%)的期物合金。對于較高檔的電子產(chǎn)品最好選用含鎘 最為63面的焊料.因為在實際焊接中.爆料向母材的擴散屬選邦性擴歆，只有爆料成分中 的1向母材擴散,兩相是不獷酸的,所以福的消髭量火子用的消耗量，因此，

28、透界含曙量梢商 于共晶點的SnG3Pb37焊牌更有利于雉持偏槽內(nèi)蹲料的幡鉛比接近共晶點(2)熔點：在合金學的簿-箱系解料狀盍圖中可以著出,共晶母料的培點錄低點為 183七，隨著帽f比惻的變化,熔點逐漸升?5匕岬料熔點降低可濾小對兀器件的熬熱擊并節(jié) 狗能源*(3)機械性麓：電子產(chǎn)品在運榆和使用過程中不可避免地更受到籟承I沖擊應(yīng)力的作用， 因此要求焊接點必須具有一定的機械強度處在共晶點附近的鋸鉛爆料的抗拉雪度和剪 切逞度為量高，分別為5.36kK，m4和3.47=加疝左右，而已焊接后會變得更大而非共 品爛料的抗拉強度和剪切事度均下降為5kg，m/和33/皿&以下。(4)表面線力和拈度1從蟀接擱濕的

29、角度出沒,我們輪堡烽料的襲面微力和粘度都較 小，有耦于嬋料的漫施和春透口但實際情況是蝴的含過越高，表面張力盛大，粘度越小1反 之,錯的合越高，粘度越大表面減力卻越小卡共晶將料熊較好地兼顧這2個特性，從而獲 厚良好的洞濕敷果已2焊料的雜質(zhì)含量在焊接過程中，雜質(zhì)對岸料的洞溫性、焊點的機械強度和耐腐的性都有很大的影響 種雜質(zhì)對錦TB婢料的影響情況見表1表5魯種雜版時一箱刈的最響兼 敏對焊料性能的番忖Sb榭畬大時爆料硬度墻大,難動性下降，畬超過1騙時弟假面租減少25%使焊料焙點升淘，可烽性下降，含量超過。務(wù)必時可引起煤點就櫓陵鞋使爆料蹲點下降，機械性能下鼻，含量JS過。9髭射，使如患襲直化嚏色Cd f

30、t告,趣過0.15%時,鋪晨圃根降抵25蜀Zd鋅使理料骯動性降低，機械性麓下降，含量衽過0.0盼，時媒料表置氧他,不耐腐帔Al幅作用同鋅一樣,含超過口,005時蚌科氧化加劇Fcflt使爐料姑點升高，潮蒯性下限As碑含量翅過0.2%時,M展面積下降25%pm便燥料滴漫性下降，引起理徽sw使姆科渦襟性下降.別血統(tǒng)松“鋒使厚料熔點開得10機械自動焊接中的雜質(zhì)來源于2個方面工一是餌料本身懂有雜敏另一方面，兗焊接時: 由于工件金屬與熔模爆料之間的互粕擴傲，而導致了.件金屬成分（主要是銅）進人懶氟，便做 缸內(nèi)爆科的含福州墨新開高。所以在實標生產(chǎn)中，除了鬟嚴格控制未料的加外要定A （一般每月一次）描涮鋁缸內(nèi)

31、的含銅施，要求控有在Q.3%以下.發(fā)現(xiàn)超出規(guī)定標準，度更想 制航內(nèi)的所有爆粉.關(guān)于爆料中雜質(zhì)含的標鹿見表2中表6 SnGO給爆料條!I6的主徐蔻（上取僮】象旗JIS Z3282-B6加1勁 S-571FCIrar UGB3131-2001ClAAJ-STD 006 (1995)J-STD-OOC波峰 爐錫塊B教A罐S報Sb100.30C.100.500.05E 500. &00Cu0. 080.Q50,030m0. 030. OBCk 300Bi0.35).05Q.030. ID(1 03O+25O0,而。Zn（各里之0.0050.0020.0050. 0010. 0050. 005Fe卜和小

32、于）0.03L0.020.D2O.(U0.020. 020Al0.0050.0050.0C50. UOL0, 0050. DOGAs0.030工3Q 030. 0150. 0300. 030Cd0. 0050. 0020, OOFU. 0010. 0050. 006這里要說明的是并非所存的雜質(zhì)靠會對焊料產(chǎn)生不良鬃響，存時為了設(shè)并其性能，加 人適量的銀、悌、銅可得到良好的效果*在坪料中添加0 22 0就（wt）懾，可使焊料的燃點下降而改善可爐性，同時可防止對 售讖件的銀緒融需恤在焊料中家加13, C*tJ睇，可防止僭溫時焊點的瞳化，同時可減少 據(jù)吉量而降低成本i在爆料中域詢Q.05（wt）的綱，

33、則使金屬組軀變絹從而提高機械性能。 因此，在心更酎可根據(jù)特殊需要適當椎加.錫渣來源與控制此外，焊料的抗氧化能力也是人們常常容易無視的重要指標，抗氧化能力強的焊料使用時產(chǎn)生的錫渣就少，這樣一方面可以節(jié)約成本，另一方面，還可減少錫渣帶來的對PCBA的沾污該沾污可能導致產(chǎn)品的電性能不良。這種抗氧化能力可以用在一定條件下單位時間內(nèi)產(chǎn)生的錫渣的量來表示。錫渣的主要來源：一焊料的氧化，焊料在焊接時溫度較高、 不斷流動的焊料外表與空氣中氧氣反應(yīng)產(chǎn)生，焊料中某些雜質(zhì)過量也會使氧化加劇，錫渣量加大；二助焊劑殘留物反應(yīng)，助焊劑殘留物與焊料的反應(yīng)產(chǎn)生的化合物以及其吸附的焊料；錫渣的控制主要采用：11一降低焊料中雜質(zhì)

34、的含量，尤其是鋅與鋁的含量；二在焊料中添加抗氧化材料，比方Ga、P等；三 降低所用助焊劑中的固體含量或盡可能采用底固體含量底助焊劑;四盡可能增加預熱時間或溫度，使助焊劑的活性充分發(fā)揮；五 保證焊接效果的情況下，減少助焊劑的噴涂量。六 保證焊接效果的情況下，降低錫爐的使用溫度；七 在錫爐外表使用防氧化油或使用錫渣清除劑。焊料焊錫條的選用焊料的選擇與使用對焊點的質(zhì)量與可靠性有很大的影響，一般根據(jù)組裝的電子產(chǎn)品的檔次或質(zhì)量要求來結(jié)合焊料的特性來確定，做到既滿足使用要求又節(jié)約成本，因為錫的含量越高價格越貴。一般可按表7的經(jīng)驗來確定所使用的焊料規(guī)格。同時還需注意嚴格控制各種有害雜質(zhì)的含量。產(chǎn)品經(jīng)按標準檢

35、驗合格后，再試用觀察或測量錫渣產(chǎn)生量，選擇抗氧化能力強的、主成份與雜質(zhì)均滿足要求的焊料進行使用。表7-1鑄造錫鉛焊料熔化溫度、相對密度、應(yīng)用說明GB8012 2000代號熔化溫度范圍，c相對 密度選擇應(yīng)用說明固相線，約液相線，約90A1832157.4郵電、電氣、儀器高溫焊接用70A1831928, 1專門焊料，焊接鋅和鍍層金屬63AA1831838.4電子，電氣（印刷線路）波峰焊用63A1831838.460A1831908.555A1832038.750A1832158.9電子，電氣一般焊接.機械，器具焊接.散熱浸 焊，電纜接頭用45A1832219.140A1852359.335A185

36、2459.530A1852559.7機械制造焊接，燈泡焊接25A1852679.920A18527910.210A26830110.72A32032511.2散熱器芯片焊接表7-2鑄造錫鉛焊料熔化溫度、相對密度、應(yīng)用說明12GB8012 2000代號熔化溫度范圍，c相對密 度應(yīng)用說明固相線液相線63 B1831838.4機械，電器電焊，鍍錫.電纜 家用電器 焊接，白鐵工藝焊接60B1831908.550B1832168.945B1832249.140B1852359.335B1852459.530B1852559.725B1852679.920B18527910.260C1831908.5機械

37、電器焊接，冷卻機械，潤滑機械 制造用，銅及銅合金，白鐵工藝焊接55C1832038.750C1832168.945C1832249.140C1852259.335C1852359.530C1852509.725C1852609.920C18527010.2從技術(shù)的角度考量，焊料選用的基本原則與步驟如下：一、了解所需組裝的產(chǎn)品的要求，弄清產(chǎn)品的檔次或質(zhì)量要求、焊點強度以及熔點溫度。二、根據(jù)表7選擇焊料的規(guī)格；三、取樣委托第三方按標準檢測，主要鑒別主成份以及雜質(zhì)元素的含量。四、試用，測量錫渣的產(chǎn)生量；五、認證供給商的供給能力以及品質(zhì)保證能力；六、確認所需應(yīng)用的焊料產(chǎn)品。第四章焊錫絲定義焊錫絲是一種

38、線狀焊料，一般線內(nèi)都帶有樹脂芯助焊劑，實際上是助焊劑與焊料復合的 一種特殊的焊料，也有不帶助焊劑的。一般依靠壓力加工成型生產(chǎn)。主要用在各種手工焊接13或自動焊接后的補焊上。本章主要討論用量最大的帶有樹脂芯助焊劑的焊錫絲。產(chǎn)品分類產(chǎn)品根據(jù)不同的形狀、大小、助焊劑類型、焊料合金的比例等指標分類，同時還根據(jù)焊料合金中雜質(zhì)的含量水平將產(chǎn)品分成三個級別。具體情況如下：按結(jié)構(gòu)分類按大小分類按焊劑含量分類按樹脂芯活性分類按金屬雜質(zhì)分級單芯焊錫絲0.30.8,I: 1.0(0.801.5)R AAAA (S)二芯焊錫絲0.82.5II: 2.0(1.52.6)RMA AA (A)五芯焊錫絲2.56.0II:

39、3.0 (2.63.9)RA BB (B)此外，焊料部分仍然按第三章進行分類表示。樹脂芯焊劑部分也可按第二章的要求和方法進行分類和選用。標準與性能指標目前采用的標準主要有國家標準GB3131 -2001,日本工業(yè)標準 JIS z3282-99, JISZ3283-99 ,此前日本工業(yè)標準還有 86年版的，國標有88年版的。美國國家標準或IPC標準 則將焊錫絲分成焊料部分與焊劑部分，分別依據(jù)J-STD-006與J-STD-004。沒有單獨的焊錫絲標準。因此，樹脂芯焊劑與焊料合金部分的性能指標可分別參考第二、第三章，在此不再重復。這主要介紹一個焊錫絲特有的且十分重要的一個指標。噴濺量測試參考IPC

40、標準：噴濺量反映的是焊錫絲在使用過程中助焊劑噴射到焊點周圍的比例。比例越大說明樹脂芯助焊劑的穩(wěn)定性較差或電烙鐵的溫度過高，一定條件下，噴濺的助焊劑殘留在 PCB可引起絕緣性下降等問題。其具體的測量方法在另外的一門課程電子輔料的檢測技術(shù)中將有詳細介紹。焊錫絲的選用為到達良好的焊接可靠性，焊錫絲的選用可依照下面的順序進行：一、根據(jù)要焊接的產(chǎn)品的要求選定焊料合金部分的規(guī)格，可參考表8進行；二、可按第二章的方法對樹脂芯焊劑的類型規(guī)格選定，也可參考表9進行；三、焊錫絲線徑的大小選定可按表10選定；四、樹脂芯焊劑的含量一般選用二類2%，免清洗的可選一類1%，被焊接對143%3%五、選定各類指標后，選用檢測

41、合格的產(chǎn)品;六、試用，此時還需考慮的因素有：煙霧氣味大小、噴濺量大小等。表9樹脂芯焊劑類型選用指引類型代號類型說明選用指南RAA純樹脂基助焊劑適用于微電子、無線電裝配線的電子焊接用于對 腐蝕性及絕緣電阻等有特別嚴格要求的場合RMAA中等活性脂基助焊劑適用對絕緣電阻要求較高的于無線或有線儀器儀 表，主要是二類或部分三類電子產(chǎn)品。RA B活性脂基助焊劑主要二類電子產(chǎn)品，要求高效率焊接的產(chǎn)品豪10焊絲的it舞被押對馥魯絲宜徑/uim1印熱板庫接點O.8T.02小瀏承于與導績焊接11 23大型子與導線焊接1.22表8焊錫絲焊料壓力成型的物理性能以及選用指引GB3131 -2001牌號固相線，c液相線，

42、c電阻率主要用途S-Sn95Pb183224電氣，電子工業(yè)，耐高溫器件S-Sn90Pb183215S-Sn65Pb1831860.122電氣，電子工業(yè)，印刷線路，微型 技術(shù)，航空工業(yè)及鍍層金屬的 軟釬焊S-Sn63Pb1831830.141S-Sn60Pb S-Sn60PbSb1831900.145S-Sn55Pb1832030.160普通電氣，電子工業(yè)（電視機，收 錄機共用天線，石英鐘）航空，微 連接S-Sn50Pb S-Sn50Pbsb1832150.181S-Sn45Pb183227S-Sn40Pb, S-Sn40PbSb1832380.170板金，鉛管軟釬焊，電纜線，換熱 器金屬器材，

43、輻射體，制罐等的 軟釬焊S-Sn35Pb183248S-Sn30Pb, S-Sn30PbSb1832580.182S-Sn25PbSb1832600.19615S-Sn20Pb,S-Sn18PbSb1832790.220燈泡,冷卻機制造，板金，鉛管S-Sn10Pb2683010.198板金，鍋爐用及其它高溫用S-Sn5Pb300314S-Sn2Pb316322S-Sn50PbCd145145軸瓦，陶瓷的烘烤軟釬焊，熱切害U,分 級軟釬焊及其它低溫軟釬焊S-Sn5PbAg296301電氣工業(yè)，高溫工作條件S-Sn63PbAg1831830.120向S-Sn63Pb,但焊點質(zhì)量等諸方面優(yōu)于S-Sn

44、63PbS-Sn40PbSbP1832380.170用于對抗氧化有較高要求的 場合S-Sn60PbSbP1831900.145第五章焊錫膏焊錫膏的定義焊錫膏是SMT工藝專用材料，主要由焊料合金粉末與膏狀助焊劑組成，在 SMT工藝 中，焊錫膏具有三大功能：一提供形成焊接點的焊料；二提供促進潤濕和清潔外表的助焊劑；三在焊料熱熔前使元器件固定。焊錫膏組成焊錫膏主要由焊料合金粉末與膏狀助焊劑組成，下面簡單介紹組成情況。一、焊料粉末焊料粉末是焊膏的“心臟”，它是在惰性環(huán)境里由霧化熔融焊料制備而成的。有兩種最16普遍地霧化方法：氣體霧化和離心霧化。 氣體霧化是用高壓惰性氣體橫向吹入熔融的焊料液 流。氣流把

45、焊料粉碎成微小球粒，迅速冷卻掉入容器里；離心霧化，熔融焊料掉進一個高速轉(zhuǎn)動的盤中，焊料被粉碎成細小顆粒， 冷卻后收集到容器中。這兩種方法均可得到球狀的粉末。主要的性能指標： 1. 氧化物含量電子級焊料合金必須無任何污染，這些污染會降低它的特性。焊料的氧化也屬于一種嚴重的污染，它會導致一系列的問題， 包括降低可焊性，使鄰近焊盤之間橋接，形成焊料球等 問題。為減少氧化的形成，必須嚴格控制粉末的制造過程，粉末在加工過程、貯存過程直到 膏體過程均應(yīng)在惰性氣氛中進行。一般認為氧化物含 0.5 %以上就不能采用。一項研究測定了氧化百分比含量對產(chǎn)生焊料 球百分含量的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)甚至當氧化物含量達0.5 %

46、時，焊料球百分含量就相當大。焊膏的制造廠家至少要保證，他生產(chǎn)的焊膏氧化物含量在0.003 %以下，推薦的標準極限值為0.15 %。2.顆粒的形狀絲網(wǎng)印刷或注射式布膏，要求粉末粒子的形狀最好是球狀或接近球狀，球形在一定體 積的情況下具有最小的外表積，其氧化的機率也就小了。細長的或不規(guī)則的粒子，很可能是印刷的障礙?，F(xiàn)在的國際標準要求焊錫膏中錫粉的球形粒子數(shù)的比例要大于90 %。有人提倡使用含有一定百分比非球形粒子，以減少焊膏的“塌陷”和小間隙焊盤之間的橋連。這種主張認為這些粒子具有一內(nèi)部止動作用，可以阻止在熱熔過程中焊劑熔化時粉末粒子的流散。但是很少有市場上提供焊膏吸取這一概念。多數(shù)制造廠家在減少

47、“塌陷”的手段上，是合適地選用流變調(diào)節(jié)劑。二、膏狀助焊劑助焊劑中一般包括樹脂、觸變劑流變調(diào)節(jié)劑、溶劑、活性劑、抗氧化劑等，下面僅簡單介紹一下觸變劑與溶劑的作用。.流變調(diào)節(jié)劑流變調(diào)節(jié)劑也稱粘度控制劑，它用來使之獲得合適的焊膏粘度與沉積特性。用于網(wǎng)印布膏，選擇調(diào)節(jié)劑必須是促進可印性，減少“塌陷” ，在重復印刷周期中，焊料粉末不會從 焊劑中別離出來。假設(shè)是焊膏由注射式涂分，那么流變調(diào)節(jié)劑必須起到防止堵塞注射的作用。 同時最小可能產(chǎn)生“掛珠”Stringing 現(xiàn)象。所謂“掛珠”現(xiàn)象是注射嘴在焊盤外表別離17 不利索而把部分粘在咀上的焊膏絲帶到一個焊盤上。.溶劑所加的多數(shù)溶劑是作為焊劑活性劑的媒體，同

48、時可以改善焊膏的貯存壽命。這些揮發(fā)性組合必須是低毒性、 高閃點的物質(zhì)。另外在焊膏干燥的工序中，溶劑也要求能全揮發(fā)掉不致產(chǎn)生濺射的現(xiàn)象。焊膏里任何殘留的焊劑在熱熔操作時均會強烈地沸騰，使之將焊料粒子散射在電路板上。性能指標與技術(shù)要求標準目前焊錫膏的標準一般均采用美國聯(lián)合工業(yè)標準J-STD-005 Reqiurements for SolderPastes。主要的性能指標包括：坍塌性能，潤濕性、錫珠試驗、腐蝕性、粘度、金屬含量工作壽命、貯存壽命等一 金屬粉末百分含量金屬的百分含量是指一定體積的焊膏沉積的焊料的量。金屬百分含量常規(guī)是重量百分 比而不是體積百分比。 可惜體積是影響焊膏特性和焊點質(zhì)量的主

49、要因素。焊料太少，其結(jié)果會造成多的針孔和增加“塌陷”產(chǎn)生。早期的焊膏的金屬含量只有 70%重量和小于 25%體積。當前為了得到高質(zhì)量的焊點，需要更高的重量百分率。用于絲網(wǎng)或漏模板用的焊膏，多數(shù)制造廠家推薦用90%金屬含量的焊膏。為防止可能的堵塞，采取注射式分配時，則金屬含量低至80-85%是必要的。標準則要求金屬含量應(yīng)在標稱值的土 1%范圍內(nèi)。二合金粉末粒度形狀、大小及分布前面提到焊錫膏的合金粉對粒度的要求是非常嚴格的，球形的錫粉必須在90%以上，否則會影響焊錫膏的印刷性能， 嚴重會引起空焊、焊點不飽滿等問題。 粒度的大小與分布也 必須滿足一定的要求，見表 111, 112。表11 1焊料粉規(guī)

50、格以及粒度與分布要求粒度單位： MicronsTypeNone Larger ThanLess than 1% Larger than80% Minimum between10%MaximumLess Than1160150150 7520280 s7575 45203504545 2520表11 2焊料粉規(guī)格以及粒度與分布要求單位：MicronsTypeNone Larger ThanLess than 1% Larger90% TypeNone Larger ThanLess than 1% Larger90% Minimum10%Maximum18thanbetweenLess Than

51、4403838202053025251515620151555三粘度焊膏的粘度是非常重要的參數(shù)，過高或太低的粘度會影響印刷、坍塌、 以及掉件元器件脫落等問題。焊錫膏的粘度通常用 Brookfield 或Malcom粘度計測量，按照涂布工藝標 準絲網(wǎng)的目數(shù)，刮刀的速度等，提出焊膏的粘度。對絲網(wǎng)印刷一般推薦粘度為200 000mpa.s,注射式用的焊膏會更低一些。 四錫珠試驗本節(jié)廣泛地討論焊膏的特性。板面上分布孤立的焊料球，是在熱熔焊以后出現(xiàn)的， 引起的原因較多。諸如，氧化物含量較高，塌陷嚴重，焊料粒子形狀不佳，熱熔焊之前干燥 不當?shù)纫蛩卦斐傻?。要是在清洗過程中不除去，會引起鄰近導體之間的短路。嚴重的情況， 在焊點上留下的焊料體積可能不足以形成可靠的連接。五濕性試驗焊錫膏的潤濕性，表示焊膏中焊劑清潔金屬外表和促進潤