SMT组装工艺材料__焊料焊膏

SMT工艺材料3.1SMT工艺材料的用途与应用要求3.1.1SMT工艺材料的用途SMT材料包含：焊料、胶黏剂等焊接和贴片材料，以及焊剂、清洗剂、热转换介质等工艺材料。SMT材料的用途：1、焊膏与焊料：用于连接被焊接物金属表面并形成焊点；2、焊剂：其主要作用是助焊；3、胶黏剂（也称贴片胶）：把元器件贴装预固定在PCB板上；4、清洗剂：用于清洗焊接工艺后残留在SMA上的剩余物；3.1SMT工艺材料的用途与应用要求3.1.2SMT工艺材料的应用要求为适应SMA的高质量和高可靠性要求，在SMT工艺中对组装工艺材料有很高的要求，主要有：1、良好的稳定性和可靠性；2、能满足高速生产需要；3、能满足细引脚间距和高密度组装需要；4、能满足环保要求；3.2焊料3.2.1焊料的作用与润湿焊料：用来连接两种两种或多种金属表面，同时在被连接的金属表面之间起冶金学桥梁作用的金属材料。常用焊料一种由2种或3种基本金属和几种熔点低于425℃掺杂金属组成的。焊料能连接两种金属，是因为它能润湿这两个金属表面，同时在它们中间形成金属间化合物。润湿是焊接的必要条件黑色部分是铅(Pb)白色部分是锡(Sn)锡铅结晶表面示意图Sn/Pb焊料(1).在较低的温度下也能夠焊接焊接在只有锡的情況下也可以完成，只是熔锡较困难。纯锡的熔解温度是232℃，纯铅的熔解温度是327℃，而两种金属的合金，只要183℃就开始熔化，使用起来较方便，不易对零部件造成热损伤。(2).机械强度锡、铅是柔软，强度弱的金属，但是两种金属的合金，强度则骤然增大。焊锡为什么使用锡和铅的合金？3.2焊料3.2.1焊料的作用与润湿焊料与金属表面的润湿程度用润湿角来描述。润湿角：是溶融焊料沿被连接的金属表面润湿铺展而形成的二者之间夹角如下图所示：焊料润湿的变化情况（a）完全润湿（б=0°）（b）部分润湿（0°＜б＜90°）（c）不润湿（б＞90°）3.2焊料3.2.2常用焊料的组成、物理常熟及特性焊料中的合金成分和比例对焊料的熔点、密度、机械性能、热性能和电性能都有显著的影响。如表所示（见课本85页）A.在锡铅系焊料中，加入铋则焊料的最低熔点可以降低到150°左右；B.锡铅焊料中锡的含量降至10%以下或在其中加入银等金属后，熔点可以升至300℃以上；C.常用焊料中Sn63/Pb37和Sn62/Pb36/Ag2具有最佳综合性能；D.在低熔点焊料中，Sn43/Pb43/Bi14具有较好的综合性能；3.2焊料3.2.2常用焊料的组成、物理常数及特性Sn-Pb合金是电子组装应用中最传统和普通的焊料合金，它们具有合适的强度和可润湿性，但是由于它们会与银和金形成脆性的金属化合物，不宜于焊接银、银合金、和金。Sn-Pb焊料的特性：在厚膜电路组装中，多数是对Ag、Au的金属表面进行焊接，由于Ag和Au在焊料中的熔化速度比Pb、Cu更快，故在焊接时会出现Ag和Au向焊料中扩散溶蚀的现象，因此针对这种情况，我们应该采取低温短时间焊接，并选用Ag和Au难熔的焊料。焊料的共晶特性：焊料合金有共晶和非共晶成分，共晶焊料由单熔点焊料合金组成，在某个熔点范围内固体焊料颗粒和熔融焊料不同时存在。3.2焊料3.2.3SMT焊料的形式和特性要求SMT焊料的形式：1、膏状焊料：再流焊工艺中采用的膏状焊料，我们称为焊膏；2、棒状焊料：用于浸渍焊接和波峰焊接；3、丝状焊料：用于各种烙铁焊接场合；4、预成形焊料：用于激光再流焊工艺和普通再流焊工艺中；卷裝焊锡丝线锡棒锡膏颗粒放大200倍含Flux的錫絲如下图所示在直径0.3mm~2.0mm的锡线的心部，加入固体的FLUX（助焊剂）。在使用烙铁手工焊接的時候，焊锡和FLUX同时供給。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、其熔点比焊接母材料的熔点低，而且与被焊接材料结合后不能产生脆化反应；2、与大多数金属具有良好的亲和力，焊料生成的氧化物不会成为焊接润湿不良的原因；3、其供应状态适合自动化生产；3.2焊料焊料合金应用注意事项：1、正确选用温度范围；2、注意机械性能的适用性；3、被焊金属和焊料成分组合形成多种金属间化合物；4、熔点问题；5、防止溶蚀现象的发生；6、防止焊料氧化和沉积；3.2焊料我们所說的无铅焊料，並不是指焊料中百分之百无铅，因为世界上不存在100%纯度的金属。所以，无铅焊料实际是指焊料中铅含量的上限问题，ISO9453、JISZ3282、RoHS指令均要求铅的含量控制在0.1Wt%以下。无铅焊料的定义：3.2焊料主流无铅焊料：Sn/Ag/Cu合金、Sn/Ag/Cu/Bi、Sn/Cu三大类92Sn/3.3Ag/4.7Bi焊料的特点：1、具有更优越的强度；2、足够的塑性和相当的抗疲劳特性；3、其熔点在210℃-215℃；4、湿润特性适合用于表面组装电路组件(SMA)；无铅焊锡化学成份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熔点范围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共熔说明低熔点、昂贵、强度低已制定、Bi的可利用关注渣多、潜在腐蚀性高强度、很好的温度疲劳特性高强度、好的温度疲劳特性高强度、好的温度疲劳特性高强度、高熔点好的剪切强度和温度疲劳特性摩托罗拉专利、高强度高强度、高熔点97Sn/2Cu/0.8Sb/0.2Ag226~228°C高熔点无铅锡膏熔化温度范围：浸焊、波峰焊：目前行业內均普遍选用Sn-Cu系二元无铅焊料，其中以Sn-0.7Cu(熔点﹕227℃)应用最广。回流焊：一般选用Sn-3.5Ag或Sn-3Ag-0.5Cu系无铅焊料。因为受电子元件耐热性能的限制，回流焊的峰值温度一般不能超过250℃，选用Sn-Ag或Sn-Ag-Cu系的无铅焊料，其熔点比Sn-Cu焊料低6℃左右(熔点﹕217℃─221℃)。3.2焊料无铅焊料应该具有的基本性能：1、熔点低，合金共晶温度近似与Sn63/Pb37的共晶温度，大致为180℃-220℃；2、无毒或毒性低，现在和将来都不会污染环境；3、热传导率和电传导率与传统焊料相当；4、具有良好的润湿性；5、机械性能良好，焊点要有足够的机械强度和抗热老化性能；6、要与现代的焊接设备和工艺兼容，可在不更新设备不改变现有工艺的条件下进行焊接；7、与目前使用的助焊剂兼容8、焊接后对各焊点检修容易；9、成本低，所选的材料能充分供应；3.3焊膏•锡膏的定义：锡膏是由合金焊料粉和糊状助焊剂均匀搅拌而成的膏状体；•焊锡膏主要由金属合金颗粒（焊粉）、助焊剂、活化剂和黏度活性剂等四部分组成。其中金属颗粒约占焊锡膏总体积的90％。3.3焊膏锡膏的主要参数:1合金类型2锡粉颗粒3助焊剂类型(残余物的去除)4锡膏的黏度（一）合金焊料粉常用的合金焊料粉有以下几种：锡一铅(Sn—Pb)、锡一铅一银(Sn—Pb一Ag)、锡一铅一铋(Sn—Pb—Bi)等。锡粉參數:a.锡粉颗粒直径大小b.颗粒形状c.大小分布d.氧化比率3.3焊膏a.锡粉颗粒直径大小:电镜扫描IPCJ-STD-006定义球形锡粉的直径尺寸是长宽比率小于1.5倍。3.3焊膏OptimumGoodPoor越圆越好越小越均匀越好(流动性佳，成形佳)氧化层越薄越好3.3焊膏b.锡粉颗粒形状:目数：MeshConcept——描述颗粒大小在国内焊锡膏生产厂商多用锡粉的“颗粒度”来对不同锡膏进行分类，而很多国外厂商或进口焊锡膏多用“目数（MESH）”的概念来进行不同锡膏的分类。目数（MESH）基本概念是指筛网每一平方英寸面积上的网孔数；在实际锡粉生产过程中，大多用几层不同网眼的筛网来收集锡粉，因每层筛网的网眼大小不同，所以透过每层网眼的锡粉其颗粒度也不尽相同，最后收集到的锡粉颗粒，其颗粒度也是一个区域值；从以上概念来看，锡膏目数指标越大，该锡膏中锡粉的颗粒直径就越小；而当目数越小时，就表示锡膏中锡粉的颗粒越大；200mesh325mesh500mesh-200+325-325+5003.3焊膏c.锡粉大小分布:焊料颗粒的尺寸一般为-200目/+325目，在有0.5mm脚间距的器件印刷錫膏时，焊料颗粒尺寸应比常规小，可以选用颗粒尺寸是-325目+500目的焊膏。粉粒等级网眼大小颗粒大小IPCTYPE2-200+32545-75微米IPCTYPE3-325+50025-45微米IPCTYPE4-400+63520-38微米d:锡粉的氧化：合金焊料粉末氧化引起錫珠焊粉的选择金属含量较高(大于90％)时，可以改善焊锡膏的塌落度，有利于形成饱满的焊点，并且由于焊剂量相对较少，故可减少焊剂残留物，有效防止焊球的出现，其缺点是对印刷和焊接工艺要求较严格。金属含量较低(小于85％)时，印刷性好，焊锡膏不易粘刮刀，漏板寿命长，润湿性好，加工较易；缺点是易塌落，易出现焊球和桥接等缺陷。一般，由印刷钢板或网板的开口尺寸或注射器的口径来决定所选焊锡粉颗粒的大小和形状。不同的焊盘尺寸和元器件引脚应选用不同颗粒度的焊料粉（二）焊锡膏中的焊剂优良焊剂应具备的条件●高的沸点，以防止焊膏在回流焊的过程中出现喷射；●高的黏稠性，以防止焊膏在存放过程中出现沉淀；●低卤素含量，以防止回流焊后腐蚀焊点；●低的吸潮性，以防止焊膏在使用过程中吸收空气中的水蒸气。（二）焊锡膏中的焊剂焊剂的组成它由成膜物质、溶剂、活化剂（表面活性剂、催化剂）、界面剂（缓蚀剂、稳定剂、抗氧化剂、触变剂）等组成，其中：成膜物质：能在焊接后形成一层紧密的有机膜，保护了焊点和基板，具有防腐蚀性和优良的电气绝缘性。常用的成膜物质有松香、酚醛树脂、丙烯酸树脂、氯乙烯树脂、聚氨酯等。一般加入量在10%～20%，在普通家电或要求不高的电器装配中使用成膜物质后的电器部件可不清洗以降低成本，而在精密电子装配完成后仍要清洗。活化剂：是一种酸或能随热而产生酸的成分，去除被焊接金属表面的氧化物，在加热过程中避免被焊接金属表面和焊锡发生二次氧化。溶剂：让各种成分保持在溶解的状态的载体，大多采用异丙醇或乙醇。界面剂：在发泡的应用上，可以维持细小而且均匀的泡沫，降低表面张力，增加焊剂在被焊接金属表面的湿润性；当溶剂在预热阶段挥发时，可使活性剂均匀地沉积分布在电路板的焊锡面上。（二）焊锡膏中的焊剂焊膏分类：可根据焊膏合金成分、不同使用温度、不同的焊接系统进行分来，按焊剂活性可分为：R、RMA、RA几种类型，R型一般用于航天、军事，RMA一般用于高可靠性电路组件，RA型用于一般的消费电子。根据焊剂的成份分﹕松香型锡膏、免洗型锡膏、水溶性型锡膏\溶剂型锡膏。根据回焊温度分﹕高温锡膏、常温锡膏、低温锡膏。根据金属成份分﹕含铅锡膏Sn62/Pb36/Ag2或Sn63/Pb37，无铅锡膏Sn96.5/Ag3/Cu0.5。焊膏的熔点与焊接温度：焊膏的熔点与合金焊料的成分有关，成分不同，焊膏的熔点也会不同，同时，在实际生产中，焊膏焊接的温度设置就会不同，同时，焊接的效果也会不同。把能随意改变形态或任意分割的物体称为流体。研究流体受外力而产生形变与流动行为规律和特征的科学称为流变学。在工程中则用黏度来表征流体黏度性的大小。锡膏黏度对锡膏性能的影响：焊锡膏的存储和使用焊锡膏使用时要注意以下几点：（1）焊锡膏购买到货后，应登记到达时间、保质期、型号，并为每罐焊锡膏编号。（2）焊锡膏应以密封形式保存在恒温和恒湿的冰箱内，温度约为2～10℃。温度过高，焊剂与合金焊料粉起化学反应，使黏度上升影响其印刷性；温度过低(低于0℃)，焊剂中的松香会产生结晶现象，使焊锡膏形状恶化。（3）焊锡膏使用时，应提前至少4小时从冰箱中取出，写下时间、编号、使用者和应用的产品，并密封置于室温下，待焊锡膏达到室温时打开瓶盖。如果在低温下打开，则容易吸收水汽，回流焊时容易产生锡珠。注意：