電子輔料的選擇與使用

1、電子輔料的選擇與使用 信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所電子元器件可靠性物理及其應(yīng)用技術(shù)國家重點(diǎn)實驗室中國賽寶實驗室電子輔料的選用電子輔料的選擇與使用助焊劑的選擇與使用焊料（焊錫條）的選擇與使用焊錫絲的選擇與使用焊錫膏的選擇與使用主要內(nèi)容中國賽寶實驗室電子輔料的選用2.1 助焊劑的組成電子工藝用助焊劑中國賽寶實驗室電子輔料的選用2.1.1助焊劑最常見材料：松香助焊劑的理想基體天然松香的組成：COOHH3CCH3CH(CH3)2松香酸 脫氫松香酸左旋海松酸松香呈自然酸性(165-170mgKOH/克當(dāng)量)，熔點(diǎn)為172-175oC，室溫下不活躍，但在再流焊溫度時相當(dāng)活躍。可溶于許多溶劑，但不溶于水。因此需

2、要采用溶劑或皂化水來清除。2C19H29COOH+MeO(C19H29COO)2Me+H2O中國賽寶實驗室電子輔料的選用2.2 助焊劑的作用 在釬焊過程中去除母材和液態(tài)釬料表面的氧化物，為液態(tài)釬料的鋪展創(chuàng)造條件； 以液體薄層覆蓋母材和釬料表面，從而隔絕空氣起保護(hù)作用； 起界面活性作用，改善液態(tài)釬料對母材表面的潤濕性。中國賽寶實驗室電子輔料的選用固體金屬的表面結(jié)構(gòu)2.2.1 助焊劑作用原理 助焊劑要去除的對象母材金屬表面的氧化膜固體金屬最外層表面是一層0.2 0.3nm的氣體吸附層。接下來是一層34nm厚的氧化膜層。所謂氧化膜層并不是單純的氧化物，而是由氧化物的水合物、氫氧化物、堿式碳酸鹽等組成

3、。在氧化膜層之下是一層110m厚的變形層，這是由于壓力加工所形成的晶粒變形結(jié)構(gòu)，與氧化膜之間還有12m厚 的微晶組織。中國賽寶實驗室電子輔料的選用2.3 助焊劑的主要性能指標(biāo)外觀密度與粘度固體含量（不揮發(fā)物含量）可焊性鹵素含量水萃取液電阻率銅鏡腐蝕性銅板腐蝕性表面絕緣電阻（SIR）酸值中國賽寶實驗室電子輔料的選用鹵素造成腐蝕失效的例子中國賽寶實驗室電子輔料的選用某公司使用助焊劑不當(dāng)失效的例子中國賽寶實驗室電子輔料的選用2.4 助焊劑的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)液體焊劑：GB9491-88、JIS Z319786、QQS571、MILF14256以及IPCSF818樹脂芯焊劑：GB313188（00）JIS Z3

4、28386（99）GB/T 15829.2-1995J-STD-004(Requirements for Soldering Fluxes) 中國賽寶實驗室電子輔料的選用2.5 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(biāo)識(代號)Flux DesignatorRosin(RO)Low (0.0%) L0ROL0Low (2.0) H1ROH1Resin(RE)Low (0.0%) L0REL0Low (2.0) H1REH1Or

5、ganic(OR)Low (0.0%) L0ORL0Low (2.0) H1ORH1Inorganic(IN)Low (0.0%) L0INL0Low (2.0) H1INH1中國賽寶實驗室電子輔料的選用 2.5.1焊劑活性分類方法與測試要求焊劑類型銅鏡試驗鹵素含量(定性)鹵素含量(定量)腐蝕試驗SIR必須大于100M的條件鉻酸銀試驗(Cl,Br)含氟點(diǎn)測試 (F)(Cl,Br,F)L0銅鏡無穿透現(xiàn)象通過通過0.0%無腐蝕清洗與未清洗L1通過通過 0.5%M0銅鏡穿透性腐蝕面積50%通過通過0.0%較重腐蝕清 洗H1不通過不通過 2.0%中國賽寶實驗室電子輔料的選用 2.6.1傳統(tǒng)焊劑的分類與

6、JSTD004的分類比較序號JSTD004分類與之相當(dāng)?shù)膫鹘y(tǒng)焊劑分類1L0類型焊劑所有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7一些低固態(tài)“免洗”型焊劑8M1類型焊劑大部分RA類型焊劑一些RSA類型焊劑9H0類型焊劑一些水溶性焊劑10H1類型焊劑一些RSA類型焊劑11大部分水溶性焊劑與合成活化焊劑中國賽寶實驗室電子輔料的選用2.6.2 消費(fèi)類電子產(chǎn)品的分類Class 1 ：普通消費(fèi)類電子產(chǎn)品（收錄機(jī)）Class 2：耐用消費(fèi)類電子產(chǎn)品（計算機(jī)）Class 3：高可靠性要求的電子產(chǎn)品（心臟起博器、航天電子設(shè)備等）【

7、ANSI/JSTD001C】中國賽寶實驗室電子輔料的選用 不同類型產(chǎn)品和工藝可供選擇的助焊劑類型 （其它考量：使用方式、焊點(diǎn)外觀要求）電子產(chǎn)品類別焊接后的清洗工藝中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, L1L0,L1L0,L1L02.6.3 助焊劑的選用中國賽寶實驗室電子輔料的選用3.1 鉛錫

8、焊料-焊錫條鉛錫焊料的特性1.錫鉛比例2.熔點(diǎn)3.機(jī)械性能4.表面張力與粘度中國賽寶實驗室電子輔料的選用3.2 鉛錫焊料雜質(zhì)影響中國賽寶實驗室電子輔料的選用 3.2.1 Sn60鉛錫焊料雜質(zhì)含量的上限中國賽寶實驗室電子輔料的選用3.3 錫渣來源與控制錫渣來源一 焊料的氧化 二助焊劑殘留物三助焊劑反應(yīng)物 控制措施一 降低焊料中雜質(zhì)的含量，尤其是鋅與鋁的含量；二 在焊料中添加抗氧化材料，比如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(yù)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

9、使用溫度；七 在錫爐表面使用防氧化油或使用錫渣清除劑。中國賽寶實驗室電子輔料的選用3.4 焊料的選用一、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(diǎn)強(qiáng)度以及熔點(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)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(rèn)證供應(yīng)商的供應(yīng)能力以及品質(zhì)保證能力；六、 確認(rèn)所需應(yīng)用的焊料產(chǎn)品。中國賽寶實驗室電子輔料的選用按結(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, 0.82.52.56.0I: 1.0 (0.801.5)II: 2.0 (1.52.6)II: 3.

10、0 (2.63.9) R （AA）RMA（A）RA （B）AA (S)A (A)B (B)三芯焊錫絲五芯焊錫絲4 焊錫絲分類合金規(guī)格Snx-Pby中國賽寶實驗室電子輔料的選用4.3 焊錫絲性能指標(biāo)噴濺試驗噴濺量中國賽寶實驗室電子輔料的選用4.4.1 焊錫絲選用直徑大小中國賽寶實驗室電子輔料的選用4.4.2 焊錫絲選用一、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(jìn)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(jìn)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），被焊接對象的可焊性及其不好時，方選用三類（3

11、）。五、選定各類指標(biāo)后，選用檢測合格的產(chǎn)品；試用，此時還需考慮的因素有：煙霧氣味大小、噴濺量大小等 中國賽寶實驗室電子輔料的選用5.1 焊錫膏功能用途：提供形成焊接點(diǎn)的焊料； 提供促進(jìn)潤濕和清潔表面的助焊劑； 在焊料熱熔前使元器件固定。 焊錫膏是焊料合金粉末與助焊劑系統(tǒng)均勻混合而成的膏狀體, 與再流焊配合應(yīng)用于印刷電路板級電子組裝.中國賽寶實驗室電子輔料的選用5.2 焊錫膏的組成及各組分性能釬料膏(solder paste)釬料合金粉末溶劑添加劑助焊劑中國賽寶實驗室電子輔料的選用5.2.1 焊料合金粉末焊料膏的重要組成部分，約占釬料膏總重量的85-90%，總體積的50-60%。對焊料膏的印刷性

12、和焊點(diǎn)質(zhì)量有重要影響。制造工藝：霧化沉積，離心霧化沉積，電解，研磨離心霧化沉積 品質(zhì)最高、成本最高霧化法是采用高壓氣體（空氣、氬氣、氮?dú)猓┗蛩疄榻橘|(zhì)將液態(tài)金屬及合金破碎成小液滴，然后冷卻成粉末的過程。霧化法具有效率高、產(chǎn)量大、能耗低、不污染環(huán)境以及粉末形狀好、性能可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)。氣體霧化適用于產(chǎn)量適中、粉末形狀球形度好，氧含量低的粉末制備。中國賽寶實驗室電子輔料的選用5.2.2 焊料合金粉末的性能參數(shù) 粉末顆粒形狀，決定了粉末的含氧量及釬料膏的印刷性(From Qualitek Inc.)分球形和不定形兩種優(yōu)選球形粉末，其比表面積小，氧化程度低。中國賽寶實驗室電子輔料的選用5.2.3 焊料合金粉末

13、的性能參數(shù) 粉末粒度目數(shù)的含義目數(shù)越大，粉末顆粒直徑越小，同時比表面積增大，含氧量也會增加中國賽寶實驗室電子輔料的選用5.3.2 釬料合金粉末的性能參數(shù)粒度的分類對于精細(xì)節(jié)距封裝推薦：- 表示可通過相應(yīng)直徑的網(wǎng)孔，+ 表示不能通過注：此表為生產(chǎn)廠提供，粉末粒度的檢測標(biāo)準(zhǔn)見3.10.63mm節(jié)距0.5mm節(jié)距中國賽寶實驗室電子輔料的選用5.2.4 焊錫膏的基本特性 印刷性能良好,可連續(xù)印刷 流變性好,放置或預(yù)熱時不產(chǎn)生塌陷和橋連現(xiàn)象 焊接性良好,不會產(chǎn)生釬料球飛濺而引起短路 儲存壽命長,長時間存放粘度無變化,在05C可保存36個月 印刷后放置時間長, 一般在常溫下能放置12 14小時 焊接后殘余

14、物具有較高的絕緣電阻, 清洗性好或免清洗 無毒、無臭、無腐蝕性中國賽寶實驗室電子輔料的選用5.3 釬料膏的性能參數(shù)及其評價本節(jié)將結(jié)合美國國家標(biāo)準(zhǔn)ANSI/J-STD-005(Requirements for soldering pastes)、IPC(The Institute of Interconnecting and Packaging Electronic Circuit)標(biāo)準(zhǔn)IPC-TM-650(Test Method Manual)、JIS(Japanese Industrial Standard)Z-3197中的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)論述，并舉例說明。釬料合金的相關(guān)性能參數(shù)請參見ANS

15、I/J-STD-006，釬劑的相關(guān)性能參數(shù)請參見ANSI/J-STD-004和IPC-SF-818。中國賽寶實驗室電子輔料的選用5.3.1 合金粉末顆粒顆粒形狀：釬料合金粉末中至少有90%為球形，球形的定義標(biāo)準(zhǔn)為顆粒長-寬比在1.0-1.07之間。橢圓形顆粒的最大長-寬比為1.5。顆粒尺寸：顆粒尺寸分布要求如下金屬百分比(又稱固體含量)：必須在65-96wt.%之間，與用戶規(guī)定值的允許偏差為1%。中國賽寶實驗室電子輔料的選用5.3.2 性能參數(shù) 粘度 (Viscosity)粘度可定義為一層流體相對于另一層流體運(yùn)動時的阻力，也可以理解為材料發(fā)生流動或形狀改變時的阻力。常用單位：厘泊(centip

16、oise) = mPas; kcps = Pas焊錫膏應(yīng)該是一種具有假塑性體響應(yīng)的流體。其特點(diǎn)是在較高切變率下，切變率隨切應(yīng)力以大于正比的關(guān)系增加。應(yīng)力下的這種“稀釋”作用對于絲網(wǎng)印刷非常重要，它可以使釬料膏在印刷操作時粘性降低，流動性增強(qiáng)，易于流入絲印孔內(nèi)并印刷到PCB的焊盤上。而在印刷之后，釬料膏粘度又增加，保持其填充形狀而不向下塌陷。標(biāo)準(zhǔn)：測量值與用戶規(guī)定值之間的允許偏差為10%。需要注意的是，對于50-300和300-1600Pas兩種粘度范圍，其測量方法略有不同，參見IPC-TM-650 之 2.4.34。測量設(shè)備：轉(zhuǎn)軸式粘度計；錐形盤粘度計。中國賽寶實驗室電子輔料的選用5.3.2

17、性能參數(shù) 坍塌度 (slump) 概念I(lǐng)PC定義為：The spreading of a paste after printing(印刷后釬料膏的鋪展)。過程是在重力和表面張力的作用下，釬料膏坍塌并從最初邊界向外擴(kuò)展，這會引起膏的流出，使相臨近圖形發(fā)生橋連。 檢測方法需采用2種模版厚度及模版圖形和3種沉積尺寸(具體見下頁)。基板材料為磨砂玻璃/氧化鋁陶瓷/玻璃環(huán)氧樹脂。模版和刮板均為鋼。試驗條件：(1) 255oC、5010%相對濕度下，保持10-20分鐘后； (2) 15010oC下保持10-15分鐘后冷卻至室溫。中國賽寶實驗室電子輔料的選用0.060.100.150.200.250.300

18、.350.400.450.400.350.300.250.200.150.100.060.0750.100.1250.150.1750.200.250.300.250.200.1750.150.1250.100.0750.202.03mm每組16個0.332.03mm每組18個坍塌度試驗用模版圖形(IPC-A-20)模版厚度為0.1mm沉積尺寸分別為：0.332.03mm0.202.03mm間距(mm)中國賽寶實驗室電子輔料的選用坍塌度試驗用模版圖形(IPC-A-21)模版厚度為0.2mm沉積尺寸分別為：0.632.03mm0.332.03mm0.060.100.150.200.250.300

19、.350.400.450.400.350.300.250.200.150.100.06 .33 .41 .48 .56 .63 .71 .79 .71 .63 .56 .48 .41 .33mm0.632.03mm每組14個0.332.03mm每組18個間距(mm)中國賽寶實驗室電子輔料的選用 性能參數(shù)坍塌度 (slump) 評價標(biāo)準(zhǔn)中國賽寶實驗室電子輔料的選用5.3 性能參數(shù)錫珠 (solder ball)IPC定義為：A soldering process residue consisting of small spheres on the printed circuit board surface(釬焊過程中在印刷電路板表面上形成的小球狀殘渣)。測試結(jié)果：印刷后1小時和24小時，測試結(jié)果均為等級2。中國賽寶實驗室電子輔料的選用5.3 性能參數(shù) 粘合力工作壽命 (tack/tackiness)IPC定義為：The ability of solder paste to hold components in place after placement(貼片后釬料膏與元器件的粘合力)。6.515將Malcom FG-1型釬料膏測試儀的圓柱型探針以50g的壓力、0.2mm/秒的速度接觸沉積點(diǎn)，再以10mm/秒的速度抽出探針，記錄打破接觸所用的最大力即為粘著力。同