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(diǎn)；2、焊劑：其主要作用是助焊；3、膠黏劑（也稱(chēng)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(duì)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(mǎn)足高速生產(chǎn)需要

2、； 3、能滿(mǎn)足細(xì)引腳間距和高密度組裝需要； 4、能滿(mǎn)足環(huán)保要求；3.2 焊料 3.2.1焊料的作用與潤(rùn)濕焊料：用來(lái)連接兩種兩種或多種金屬表面，同時(shí)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(diǎn)低于425摻雜金屬組成的。焊料能連接兩種金屬，是因?yàn)樗軡?rùn)濕這兩個(gè)金屬表面，同時(shí)在它們中間形成金屬間化合物。潤(rùn)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(kāi)始

3、熔化，使用起來(lái)較方便，不易對(duì)零部件造成熱損傷。(2).機(jī)械強(qiáng)度錫、鉛是柔軟，強(qiáng)度弱的金屬，但是兩種金屬的合金，強(qiáng)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(rùn)濕焊料與金屬表面的潤(rùn)濕程度用潤(rùn)濕角來(lái)描述。潤(rùn)濕角：是溶融焊料沿被連接的金屬表面潤(rùn)濕鋪展而形成的二者之間夾角如下圖所示： 焊料潤(rùn)濕的變化情況（a）完全潤(rùn)濕（=0） （b）部分潤(rùn)濕（0 90） （c）不潤(rùn)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(duì)焊料的熔點(diǎn)、密度、機(jī)械性能、熱性能和電性能都有顯著的影響。如表所示（見(jiàn)課本85頁(yè)）在錫鉛系焊料中，加入鉍則焊料的最低熔

4、點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(qiáng)度和可潤(rùn)濕性，但是由于它們會(huì)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(duì)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(shí)會(huì)

5、出現(xiàn)Ag和Au向焊料中擴(kuò)散溶蝕的現(xiàn)象，因此針對(duì)這種情況，我們應(yīng)該采取低溫短時(shí)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(diǎn)焊料合金組成，在某個(gè)熔點(diǎn)范圍內(nèi)固體焊料顆粒和熔融焊料不同時(shí)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(chēng)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(chǎng)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(xiàn)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(xiàn)的心部，

6、加入固體的FLUX（助焊劑）。在使用烙鐵手工焊接的時(shí)候，焊錫和FLUX同時(shí)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(diǎn)比焊接母材料的熔點(diǎn)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(huì)成為焊接潤(rùn)濕不良的原因； 3、其供應(yīng)狀態(tài)適合自動(dòng)化生產(chǎn)；3.2 焊料 焊料合金應(yīng)用注意事項(xiàng)： 1、正確選用溫度范圍； 2、注意機(jī)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(diǎn)問(wèn)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(shuō)的無(wú)鉛焊料，並不是指焊料中百分之百無(wú)

7、鉛，因?yàn)槭澜缟喜淮嬖?00%純度的金屬。所以，無(wú)鉛焊料實(shí)際是指焊料中鉛含量的上限問(wèn)題，ISO9453、JISZ3282、RoHS指令均要求鉛的含量控制在0.1Wt%以下。無(wú)鉛焊料的定義：3.2 焊料主流無(wú)鉛焊料： Sn/Ag/Cu合金、 Sn/Ag/Cu/Bi、 Sn/Cu三大類(lèi)92Sn/3.3Ag/4.7Bi焊料的特點(diǎn)： 1、具有更優(yōu)越的強(qiáng)度； 2、足夠的塑性和相當(dāng)?shù)目蛊谔匦裕?3、其熔點(diǎn)在210-215； 4、濕潤(rùn)特性適合用于表面組裝電路組件(SMA)； 無(wú)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(diǎn)范圍118C 共熔138C 共熔199C 共熔218C 共熔218221C209 212C227C232240C233C221C 共熔說(shuō) 明低熔點(diǎn)、昂貴、強(qiáng)度低已制定、Bi的可利用關(guān)注渣多、潛在腐蝕性高強(qiáng)度、很好的溫度疲勞特性高強(qiáng)度、好的溫度疲勞特性高強(qiáng)度、好的溫度疲勞特性高強(qiáng)度、高熔點(diǎn)好的剪切強(qiáng)度和溫度疲勞特性摩托羅拉專(zhuān)利、高強(qiáng)度高強(qiáng)度、高熔點(diǎn)97Sn/2Cu/0.8Sb/0.2Ag226228C高熔點(diǎn)無(wú)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(wú)鉛焊料，其中以Sn-0.7Cu (熔點(diǎn)227) 應(yīng)用最廣?；亓骱福阂话氵x用Sn-3.5Ag或Sn-3Ag-0.5Cu系無(wú)鉛焊料。因?yàn)槭茈娮釉蜔嵝阅艿南拗疲亓骱傅姆逯禍囟纫话悴荒艹^(guò)250，選用Sn-Ag 或Sn-Ag-Cu系的無(wú)鉛焊料，其熔點(diǎn)比Sn-Cu焊料低6左右(熔點(diǎn)217221)。3.2 焊料無(wú)鉛焊料應(yīng)該具有的基本性能： 1、熔點(diǎn)低，合金共晶溫度近似與Sn63/Pb37的共晶溫度，大致為180-220； 2、無(wú)毒或毒性低，現(xiàn)在和將來(lái)都不會(huì)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(rùn)濕性； 5、機(jī)械性能良好，焊點(diǎn)要有足夠的機(jī)

10、械強(qiáng)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(duì)各焊點(diǎn)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(lèi)型2 錫粉顆粒3 助焊劑類(lèi)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(zhǎng)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(dòng)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(guó)內(nèi)焊錫膏生產(chǎn)廠商多用錫粉的“顆粒度”來(lái)對(duì)不同錫膏進(jìn)行分類(lèi)，而很多國(guó)外廠商或進(jìn)口焊錫膏多用“目數(shù)（MESH）”的概念來(lái)進(jìn)行不同錫膏的分類(lèi)。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(shí)際錫粉生產(chǎn)過(guò)程中，大多用幾層

12、不同網(wǎng)眼的篩網(wǎng)來(lái)收集錫粉，因每層篩網(wǎng)的網(wǎng)眼大小不同，所以透過(guò)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(gè)區(qū)域值； 從以上概念來(lái)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(shí)，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(shí)，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(jí) 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(shí)，可以改善焊錫膏的塌落度，有利于形成飽滿(mǎn)的焊點(diǎn)，并且由于焊劑量相對(duì)較少，故可減少焊劑殘留物，有效防止焊球的出現(xiàn)，其缺點(diǎn)是對(duì)印刷和焊接工藝要求較嚴(yán)格。金屬含量較低(小于85)時(shí)，印刷性好，焊錫膏不易粘刮刀，漏板壽命長(zhǎng)，潤(rùn)濕性好，加工較易；缺點(diǎn)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(kāi)口尺寸或注射器的口徑來(lái)決定所選焊錫粉顆粒的大小和形狀。不同的焊盤(pán)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(diǎn)，以防止焊膏在回流焊的過(guò)程中出現(xiàn)噴射；高的黏稠性，以防止焊膏在存放過(guò)程中出現(xiàn)沉淀；低鹵素含量，以防止回流焊后腐蝕焊點(diǎn)；低的吸潮性，以防止焊膏在使用過(guò)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(jī)膜，保護(hù)了焊點(diǎn)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(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂、氯乙烯樹(shù)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(guò)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(rùn)性；當(dāng)溶劑在預(yù)熱階段揮發(fā)時(shí)，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(lèi)： 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(lái)，按焊劑活性可分為：R、RMA、RA幾種類(lèi)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(fèi)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(wú)鉛錫膏Sn96.5/Ag3/Cu0.5。焊膏的熔點(diǎn)與焊接溫度： 焊膏的熔點(diǎn)與合金焊料的成分有關(guān)，成分不同，焊膏的熔點(diǎn)也會(huì)不同，同時(shí)，在實(shí)際生產(chǎn)中，焊膏焊接的溫度設(shè)置就會(huì)不同，同時(shí)，焊接的效果也會(huì)不同。把能隨意改變形態(tài)或任意分割的物體稱(chēng)為流體。研究流體受外力而產(chǎn)生形變與流動(dòng)行為規(guī)律和特征的科學(xué)稱(chēng)為流變學(xué)。在工程中則用黏度來(lái)表征流體黏度性的大小。錫膏黏度對(duì)錫膏性能的影響：焊錫膏的存儲(chǔ)和使用焊錫膏使用時(shí)要注意以下幾點(diǎn)

17、： （1）焊錫膏購(gòu)買(mǎi)到貨后，應(yīng)登記到達(dá)時(shí)間、保質(zhì)期、型號(hào)，并為每罐焊錫膏編號(hào)。（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(guò)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(guò)低(低于0)，焊劑中的松香會(huì)產(chǎn)生結(jié)晶現(xiàn)象，使焊錫膏形狀?lèi)夯?。?）焊錫膏使用時(shí)，應(yīng)提前至少4小時(shí)從冰箱中取出，寫(xiě)下時(shí)間、編號(hào)、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(shí)打開(kāi)瓶蓋。如果在低溫下打開(kāi)，則容易吸收水汽，回流焊時(shí)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(kāi)封后，應(yīng)至少用攪拌機(jī)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(jī)進(jìn)行攪拌時(shí)，攪拌頻率要慢，大約l2轉(zhuǎn)秒。焊錫膏使用時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：（5）焊錫膏置于漏板上超過(guò)30分鐘未使用時(shí)，應(yīng)先用絲印機(jī)的攪拌功能攪拌后再使用。若中間間隔時(shí)間較長(zhǎng)，則應(yīng)將焊錫膏重新放回罐中，并蓋緊瓶蓋，再次使用時(shí)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(diǎn)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(shí)間后再適當(dāng)加入一點(diǎn)。（7）焊錫膏印刷后應(yīng)在24小時(shí)內(nèi)貼裝完，超過(guò)時(shí)間應(yīng)把焊錫膏清洗后重新印刷。超過(guò)時(shí)間使用期的焊錫膏絕對(duì)不能使用。（8）免清洗焊膏修板時(shí)，如不使用助焊劑，焊點(diǎn)不要用酒精擦洗，但修板時(shí)使用助焊劑，焊點(diǎn)以外沒(méi)有被加熱的殘留助焊劑必須隨時(shí)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(shí)，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(duì)清潔度的要求及焊后不同的清洗工藝來(lái)選擇焊錫膏。（3）根據(jù)PCB和元器件的存放時(shí)間和表面氧化程度來(lái)選擇焊錫膏的活性。（4）根據(jù)PCB的組裝密度(有無(wú)窄間距)來(lái)選擇合金粉末的顆粒度，常