SMT組裝工藝材料焊料焊膏

3.1SMT工藝材料的用途與應(yīng)用要求

3.1.1SMT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；

現(xiàn)在是1頁\一共有45頁\編輯于星期一3.1SMT工藝材料的用途與應(yīng)用要求

3.1.2SMT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；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；現(xiàn)在是2頁\一共有45頁\編輯于星期一3.2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現(xiàn)在是3頁\一共有45頁\編輯于星期一黑色部分是鉛(Pb)白色部分是錫(Sn)錫鉛結(jié)晶表面示意圖Sn/Pb焊料現(xiàn)在是4頁\一共有45頁\編輯于星期一(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？現(xiàn)在是5頁\一共有45頁\編輯于星期一3.2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（б=0°）（b）部分潤濕（0°＜б＜90°）（c）不潤濕（б＞90°）現(xiàn)在是6頁\一共有45頁\編輯于星期一3.2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；現(xiàn)在是7頁\一共有45頁\編輯于星期一3.2焊料

3.2.2常用焊料的組成、物理常數(shù)及特性

Sn-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，故在焊接時會出現(xiàn)Ag和Au向焊料中擴散溶蝕的現(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?，F(xiàn)在是8頁\一共有45頁\編輯于星期一現(xiàn)在是9頁\一共有45頁\編輯于星期一焊料的共晶特性：

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?，F(xiàn)在是10頁\一共有45頁\編輯于星期一3.2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；現(xiàn)在是11頁\一共有45頁\編輯于星期一卷裝焊錫絲線錫棒現(xiàn)在是12頁\一共有45頁\編輯于星期一錫膏顆粒放大200倍現(xiàn)在是13頁\一共有45頁\編輯于星期一含F(xiàn)lux的錫絲如下圖所示在直徑0.3mm~2.0mm的錫線的心部，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?，F(xiàn)在是14頁\一共有45頁\編輯于星期一3.2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)；現(xiàn)在是15頁\一共有45頁\編輯于星期一

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；現(xiàn)在是16頁\一共有45頁\編輯于星期一3.2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：現(xiàn)在是17頁\一共有45頁\編輯于星期一3.2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?、其熔點在210℃-215℃；4、濕潤特性適合用于表面組裝電路組件(SMA)；

現(xiàn)在是18頁\一共有45頁\編輯于星期一無鉛焊錫化學(xué)成份48Sn/52In42Sn/58Bi91Sn/9Zn93.5Sn/3Sb/2Bi/1.5Cu95.5Sn/3.5Ag/1Zn93.3Sn/3.1Ag/3.1Bi/0.5Cu99.3Sn/0.7Cu95Sn/5Sb65Sn/25Ag/10Sb96.5Sn/3.5Ag熔點范圍118°C共熔138°C共熔199°C共熔218°C共熔218~221°C209°~212°C227°C232~240°C233°C221°C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/0.2Ag226~228°C高熔點無鉛錫膏熔化溫度范圍：現(xiàn)在是19頁\一共有45頁\編輯于星期一浸焊、波峰焊：

目前行業(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。回流焊：一般選用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﹕217℃─221℃)。現(xiàn)在是20頁\一共有45頁\編輯于星期一3.2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)；現(xiàn)在是21頁\一共有45頁\編輯于星期一3.3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％。

現(xiàn)在是22頁\一共有45頁\編輯于星期一現(xiàn)在是23頁\一共有45頁\編輯于星期一3.3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(Sn—Pb)、錫一鉛一銀(Sn—Pb一Ag)、錫一鉛一鉍(Sn—Pb—Bi)等。

現(xiàn)在是24頁\一共有45頁\編輯于星期一錫粉參數(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焊膏現(xiàn)在是25頁\一共有45頁\編輯于星期一a.錫粉顆粒直徑大小:電鏡掃描IPCJ-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現(xiàn)在是26頁\一共有45頁\編輯于星期一

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:現(xiàn)在是27頁\一共有45頁\編輯于星期一目數(shù)：MeshConcept——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”來對不同錫膏進行分類，而很多國外廠商或進口焊錫膏多用“目數(shù)（MESH）”的概念來進行不同錫膏的分類。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；

200mesh325mesh500mesh-200+325-325+500現(xiàn)在是28頁\一共有45頁\編輯于星期一3.3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IPCTYPE2-200+325 45-75微米IPCTYPE3-325+50025-45微米IPCTYPE4-400+63520-38微米d:錫粉的氧化：合金焊料粉末氧化引起錫珠現(xiàn)在是29頁\一共有45頁\編輯于星期一現(xiàn)在是30頁\一共有45頁\編輯于星期一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現(xiàn)在是31頁\一共有45頁\編輯于星期一（二）焊錫膏中的焊劑優(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。現(xiàn)在是32頁\一共有45頁\編輯于星期一（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成本，而在精密電子裝配完成后仍要清洗。活化劑：是一種酸或能隨熱而產(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?，F(xiàn)在是33頁\一共有45頁\編輯于星期一（二）焊錫膏中的焊劑現(xiàn)在是34頁\一共有45頁\編輯于星期一焊膏分類：

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。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?，F(xiàn)在是35頁\一共有45頁\編輯于星期一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。現(xiàn)在是36頁\一共有45頁\編輯于星期一現(xiàn)在是37頁\一共有45頁\編輯于星期一把能隨意改變形態(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：現(xiàn)在是38頁\一共有45頁\編輯于星期一現(xiàn)在是39頁\一共有45頁\編輯于星期一焊錫膏的存儲和使用現(xiàn)在是40頁\一共有45頁\編輯于星期一焊錫膏使用時要注意以下幾點：

（1）焊錫膏購買到貨后，應(yīng)登記到達時間、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2～10℃。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，降低焊錫膏的黏度。注意：用攪拌機進行攪拌時，攪拌頻率要慢，大約l～2轉(zhuǎn)／秒?，F(xiàn)在是41頁\一共有45頁\編輯于星期一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