SMT基礎(chǔ)與工藝課件：焊接材料組成與選用

焊接材料組成與選用在SMT的發(fā)展過程中，電子化工材料起著相當(dāng)重要的作用。它主要包括貼片膠及其他黏結(jié)劑、焊劑、焊料、防氧化油、錫膏和清洗劑。在不同的組裝工序中應(yīng)采用不同的組裝材料。學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解錫膏、助焊劑的化學(xué)組成。2.熟悉錫膏、助焊劑的類型和特點(diǎn)。3.熟悉表面組裝對錫膏、助焊劑的要求。4.掌握錫膏、助焊劑選擇與使用注意事項(xiàng)。錫膏印刷工藝與設(shè)備1錫膏印刷工藝與設(shè)備2一、錫膏、助焊劑的化學(xué)組成錫膏又稱焊膏、焊錫膏，是由合金粉末、糊狀焊劑和一些添加劑混合而成的具有一定黏性和良好觸變特性的漿料或膏狀體。它是SMT工藝中不可缺少的焊接材料，廣泛用于再流焊中。錫膏的印刷性、可焊性直接影響SMT產(chǎn)品的組裝質(zhì)量。下圖為常見的錫膏錫膏印刷工藝與設(shè)備3一、錫膏、助焊劑的化學(xué)組成1.錫膏的化學(xué)組成錫膏主要由合金粉末和助焊劑組成，見下表。錫膏中合金粉末與助焊劑的體積之比約為1∶1，其中合金粉末占總質(zhì)量的85%～90%，助焊劑占總質(zhì)量的10%～15%，即質(zhì)量之比約為9∶1。錫膏印刷工藝與設(shè)備4一、錫膏、助焊劑的化學(xué)組成1.錫膏的化學(xué)組成（1）合金粉末合金粉末通常采用高壓惰性氣體對熔融的焊料噴霧制成，然后根據(jù)尺寸分級。合金是錫膏和形成焊點(diǎn)的主要成分，合金的熔點(diǎn)決定焊接溫度。合金粉末的組成、顆粒形狀和尺寸是決定錫膏特性和焊點(diǎn)質(zhì)量的關(guān)鍵因素。錫膏印刷工藝與設(shè)備5一、錫膏、助焊劑的化學(xué)組成1.錫膏的化學(xué)組成（1）合金粉末常用錫膏的合金成分、熔點(diǎn)范圍、性質(zhì)和用途見下表錫膏印刷工藝與設(shè)備6一、錫膏、助焊劑的化學(xué)組成1.錫膏的化學(xué)組成（1）合金粉末合金粉末的形狀、粒數(shù)和表面氧化程度對錫膏性能的影響很大。合金粉末按形狀分為球形和無定形兩種。球形合金粉末的表面積小、氧化程度低、制成的錫膏具有良好的印刷性能。合金粉末的粒數(shù)一般在200～400目。粒數(shù)越小，黏度越大。粒數(shù)過大，會(huì)使錫膏黏結(jié)性能變差；粒數(shù)太小，則由于表面積增大，會(huì)使表面含氧量增高，也不宜采用。錫膏印刷工藝與設(shè)備7一、錫膏、助焊劑的化學(xué)組成1.錫膏的化學(xué)組成（2）助焊劑在錫膏中，糊狀助焊劑是合金粉末的載體，助焊劑與合金粉末的密度相差很大，約為1∶7.3。其組成與通用助焊劑基本相同。通過助焊劑中活性劑的作用，能清除被焊材料表面以及合金粉末本身的氧化膜，使焊料迅速擴(kuò)散并附著在被焊金屬表面。助焊劑的組成對錫膏的擴(kuò)展性、潤濕性、坍塌性、黏度、清洗性、焊珠飛濺及儲(chǔ)存壽命均有較大影響。錫膏印刷工藝與設(shè)備8一、錫膏、助焊劑的化學(xué)組成2.助焊劑的化學(xué)組成助焊劑簡稱焊劑，是焊接過程中不可缺少的輔料。在波峰焊中助焊劑和合金焊料分開使用，在再流焊中助焊劑則是錫膏的重要組成部分。助焊劑對保證焊接質(zhì)量起著關(guān)鍵的作用。助焊劑通常由松香（或非松香型合成樹脂）、活性劑、成膜劑、添加劑和溶劑等組成。錫膏印刷工藝與設(shè)備9二、錫膏、助焊劑的類型和特點(diǎn)1.錫膏的類型（1）按合金粉末的熔點(diǎn)分按合金粉末的熔點(diǎn)分，可以分為高溫錫膏、中溫錫膏和低溫錫膏三種。高溫錫膏的熔化溫度在250℃以上；中溫錫膏的熔化溫度為170～220℃；低溫錫膏的熔化溫度在150℃以下。可根據(jù)焊接所需溫度的不同，選擇不同熔點(diǎn)的錫膏。錫膏印刷工藝與設(shè)備10二、錫膏、助焊劑的類型和特點(diǎn)1.錫膏的類型（2）按助焊劑的活性分按助焊劑的活性分，可以分為低活性、中等活性和高活性三種，見下表。使用時(shí)可以根據(jù)PCB和元器件的情況及清洗工藝要求進(jìn)行選擇。錫膏印刷工藝與設(shè)備11二、錫膏、助焊劑的類型和特點(diǎn)1.錫膏的類型（3）按錫膏的黏度分黏度的變化范圍很大，通常為100～600Pa·s，最高可達(dá)1000Pa·s以上。使用時(shí)可依據(jù)施膏工藝手段的不同進(jìn)行選擇。錫膏印刷工藝與設(shè)備12二、錫膏、助焊劑的類型和特點(diǎn)1.錫膏的類型（4）按清洗方式分按清洗方式分，可以分為有機(jī)溶劑清洗型、水清洗型、半水清洗型和免清洗型四種。這是根據(jù)焊接過程中所使用的焊劑、焊料成分來確定的。從保護(hù)環(huán)境的角度考慮，水清洗、半水清洗和免清洗是電子產(chǎn)品工藝的發(fā)展方向。錫膏印刷工藝與設(shè)備13二、錫膏、助焊劑的類型和特點(diǎn)2.錫膏的特點(diǎn)（1）黏度黏度是表示流體流動(dòng)性好壞的一個(gè)物理量，當(dāng)流體的分子之間出現(xiàn)相對運(yùn)動(dòng)情況時(shí)，分子之間會(huì)產(chǎn)生摩擦阻力，這一摩擦阻力的大小用黏度來表示。合金粉末的顆粒形狀呈雨滴狀時(shí)，其顆粒越大，錫膏的黏度會(huì)越大。溫度上升時(shí)，錫膏的黏度會(huì)下降。錫膏印刷工藝與設(shè)備14二、錫膏、助焊劑的類型和特點(diǎn)2.錫膏的特點(diǎn)（1）黏度錫膏黏度的大小與合金粉末顆粒的形狀、顆粒的大小、含量（左圖）的多少有關(guān)，也與溫度（右圖）有關(guān)，其關(guān)系如下圖所示。錫膏印刷工藝與設(shè)備15二、錫膏、助焊劑的類型和特點(diǎn)2.錫膏的特點(diǎn)（1）黏度在印刷過程中，若黏度過低，則流動(dòng)性會(huì)過大，易于流入鋼網(wǎng)孔內(nèi)，印到PCB的焊盤上，但在印刷過后，錫膏停留在PCB焊盤上時(shí)，難以保持其填充的形狀，會(huì)產(chǎn)生往下塌陷的情況，影響印刷的分辨率和線條的平整性。若黏度過大，則錫膏不易穿過鋼網(wǎng)的開孔，印刷出來的錫膏線條殘缺不全，易引起元器件虛焊。錫膏印刷工藝與設(shè)備16二、錫膏、助焊劑的類型和特點(diǎn)2.錫膏的特點(diǎn)（1）黏度采用鋼網(wǎng)進(jìn)行印刷時(shí)，優(yōu)先選用黏度為600～900Pa·s的錫膏。判斷錫膏黏度是否合理的常用方法是用刮勺在容器罐內(nèi)攪拌錫膏約30s，然后挑起一些錫膏，使之高出容器罐7～10cm，讓錫膏自行往下滴，開始時(shí)應(yīng)該像稠的糖漿一樣滑落而下，然后分段斷裂落到容器罐內(nèi)。如果錫膏不能滑落，則太稠，黏度太高；如果一直落下而沒有斷裂，則太稀，黏度太低。

錫膏印刷工藝與設(shè)備17二、錫膏、助焊劑的類型和特點(diǎn)2.錫膏的特點(diǎn)（2）坍塌性錫膏印刷在PCB的焊盤上之后，錫膏是會(huì)往外擴(kuò)散的，這種擴(kuò)散能力用坍塌性來表示。錫膏少量的坍塌是允許的，但過量的坍塌會(huì)在焊盤之間引起橋連。錫膏坍塌性的大小與黏度大小有直接的關(guān)系。錫膏印刷工藝與設(shè)備18二、錫膏、助焊劑的類型和特點(diǎn)2.錫膏的特點(diǎn)（3）使用壽命錫膏的使用壽命是指性質(zhì)保持不變所持續(xù)的時(shí)間。錫膏在不同的工作條件、環(huán)境下使用壽命不同，見下表。錫膏印刷工藝與設(shè)備19二、錫膏、助焊劑的類型和特點(diǎn)2.錫膏的特點(diǎn)（3）使用壽命模板使用壽命是指從打開容器蓋放置、印刷、元器件貼片、定位檢查，到烘烤再流焊，其性質(zhì)保持不變的時(shí)間。錫膏應(yīng)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)使用，否則會(huì)影響PCB的焊接質(zhì)量。錫膏印刷工藝與設(shè)備20二、錫膏、助焊劑的類型和特點(diǎn)3.助焊劑的類型（1）按助焊劑狀態(tài)分按助焊劑狀態(tài)分，可將其分為液態(tài)、糊狀、固態(tài)三類，各類的使用范圍見下表。錫膏印刷工藝與設(shè)備21二、錫膏、助焊劑的類型和特點(diǎn)3.助焊劑的類型（2）按助焊劑活性大小分按助焊劑活性大小分，可分為低活性（R）、中等活性（RMA）、高（全）活性（RA）和特別活性（RSA）助焊劑，各類的使用范圍見下表。錫膏印刷工藝與設(shè)備22二、錫膏、助焊劑的類型和特點(diǎn)3.助焊劑的類型（3）按活性劑類別分1）無機(jī)系列助焊劑。具有高腐蝕性，不能用于電子產(chǎn)品焊接。2）有機(jī)系列助焊劑。包括有機(jī)酸、有機(jī)胺、有機(jī)鹵化物等物質(zhì)。3）樹脂系列助焊劑。由松香或合成樹脂材料添加一定量的活性劑組成，其助焊性能好，而樹脂可起成膜劑的作用，焊后殘留物能形成致密的保護(hù)層，對焊接表面具有一定的保護(hù)性能。錫膏印刷工藝與設(shè)備23二、錫膏、助焊劑的類型和特點(diǎn)3.助焊劑的類型（4）按助焊劑殘留物的溶解性能分按助焊劑殘留物的溶解性能分類，如下圖所示。錫膏印刷工藝與設(shè)備24二、錫膏、助焊劑的類型和特點(diǎn)4.助焊劑的特點(diǎn)（1）化學(xué)特性要得到一個(gè)好的焊點(diǎn)，被焊物必須有一個(gè)完全無氧化層的表面，但金屬一旦暴露于空氣中就會(huì)生成氧化層，這種氧化層無法用傳統(tǒng)溶劑清洗，此時(shí)必須依賴助焊劑與氧化層起化學(xué)作用。當(dāng)助焊劑清除氧化層之后，干凈的被焊物表面才可與焊錫結(jié)合。錫膏印刷工藝與設(shè)備25二、錫膏、助焊劑的類型和特點(diǎn)4.助焊劑的特點(diǎn)（2）熱穩(wěn)定性在用助焊劑去除氧化物的同時(shí)，還必須形成一個(gè)保護(hù)膜，以防止被焊物表面再度氧化，直到接觸焊錫為止。所以，助焊劑必須能承受高溫，在焊錫作業(yè)的溫度下不會(huì)分解或蒸發(fā)。錫膏印刷工藝與設(shè)備26二、錫膏、助焊劑的類型和特點(diǎn)4.助焊劑的特點(diǎn)（3）助焊劑在不同溫度下的活性好的助焊劑不只是要求熱穩(wěn)定性，在不同溫度下的活性也應(yīng)考慮。助焊劑的功能即去除氧化物，通常在某一溫度下效果較好。當(dāng)溫度過高時(shí)，可能降低其活性，如果無法避免高溫，可將預(yù)熱時(shí)間延長，使其充分發(fā)揮活性后再進(jìn)入錫爐。將助焊劑活性純化以防止腐蝕現(xiàn)象發(fā)生，但在應(yīng)用上要特別注意受熱時(shí)間與溫度，以確?；钚约兓?。錫膏印刷工藝與設(shè)備27二、錫膏、助焊劑的類型和特點(diǎn)4.助焊劑的特點(diǎn)（4）潤濕能力為了能清理基板表面的氧化層，助焊劑應(yīng)對基板金屬有很好的潤濕能力，同時(shí)也應(yīng)對焊錫有很好的潤濕能力以取代空氣，降低焊錫表面張力，增加其擴(kuò)散性。錫膏印刷工藝與設(shè)備28二、錫膏、助焊劑的類型和特點(diǎn)4.助焊劑的特點(diǎn)（5）擴(kuò)散率助焊劑在焊接過程中有幫助焊錫擴(kuò)散的能力，擴(kuò)散與潤濕都是幫助焊點(diǎn)的角度改變，通常擴(kuò)散率可用來作助焊劑強(qiáng)弱的指標(biāo)。錫膏印刷工藝與設(shè)備29三、表面組裝對錫膏、助焊劑的要求1.表面組裝對錫膏的要求（1）具有較長的儲(chǔ)存壽命。（2）具有較長的使用壽命。（3）在印刷或涂布后，以及在再流焊預(yù)熱過程中，錫膏應(yīng)保持原來的形狀和大小不變。（4）具有良好的潤濕性能。錫膏印刷工藝與設(shè)備30三、表面組裝對錫膏、助焊劑的要求1.表面組裝對錫膏的要求（5）不發(fā)生焊料飛濺。（6）具有較好的焊接強(qiáng)度，焊接完成后，確保不會(huì)因振動(dòng)等因素出現(xiàn)元器件脫落。（7）焊后殘留物應(yīng)無腐蝕性，有較高的絕緣電阻，且清洗性好。（8）具有良好的印刷性，即流動(dòng)性、脫板性、連續(xù)印刷性好。錫膏印刷工藝與設(shè)備31三、表面組裝對錫膏、助焊劑的要求2.表面組裝對助焊劑的要求（1）具有去除表面氧化物、防止再氧化、降低表面張力等特性，這是助焊劑必須具備的基本性能。（2）熔點(diǎn)比焊料低，在焊料熔化之前，助焊劑要先熔化以充分發(fā)揮助焊作用。（3）潤濕擴(kuò)散速度比熔化焊料快，通常要求擴(kuò)展率在90%以上。錫膏印刷工藝與設(shè)備32三、表面組裝對錫膏、助焊劑的要求2.表面組裝對助焊劑的要求（4）黏度和密度比焊料小，黏度大會(huì)使?jié)櫇駭U(kuò)散困難，密度大則不能覆蓋焊料表面。（5）焊接時(shí)不產(chǎn)生焊珠飛濺，也不產(chǎn)生毒氣和強(qiáng)烈的刺激性氣味。（6）焊后殘?jiān)子谌コ⒕哂心透g、不吸濕和不導(dǎo)電等特性。（7）焊接后不黏手，焊后不易拉尖。在常溫下儲(chǔ)存穩(wěn)定。錫膏印刷工藝與設(shè)備33四、錫膏、助焊劑的選擇與使用注意事項(xiàng)1.錫膏的選擇（1）根據(jù)產(chǎn)品本身的價(jià)值和用途進(jìn)行選擇，高可靠性的產(chǎn)品需要高質(zhì)量的錫膏。（2）根據(jù)PCB和元器件存放時(shí)間及表面氧化程度選擇錫膏的活性。1）一般采用RMA級。2）高可靠性產(chǎn)品、航天和軍工產(chǎn)品可選擇R級。3）PCB、元器件存放時(shí)間過長、表面嚴(yán)重氧化的，應(yīng)采用RA級，焊后清洗。錫膏印刷工藝與設(shè)備34四、錫膏、助焊劑的選擇與使用注意事項(xiàng)1.錫膏的選擇（3）根據(jù)產(chǎn)品的組裝工藝、印制電路板、元器件的具體情況選擇錫膏合金組分。1）一般鍍鉛錫印制電路板采用63Sn/37Pb。2）含有鈀金或鈀銀厚膜端頭和引腳可焊性較差的元器件采用62Sn/36Pb/2Ag。3）水金板一般不要選擇含銀的錫膏。4）無鉛工藝一般選擇Sn-Ag-Cu合金焊料。錫膏印刷工藝與設(shè)備35四、錫膏、助焊劑的選擇與使用注意事項(xiàng)1.錫膏的選擇（4）根據(jù)產(chǎn)品（表面組裝印制電路板）對清潔度的要求選擇是否采用免清洗錫膏。1）對于免清洗工藝，要選用不含鹵素或其他弱腐蝕性化合物的錫膏。2）高可靠性產(chǎn)品，航天和軍工產(chǎn)品，高精度、微弱信號儀器儀表，以及涉及生命安全的醫(yī)用器材要采用水清洗或溶劑清洗的錫膏，焊后必須清洗干凈。錫膏印刷工藝與設(shè)備36四、錫膏、助焊劑的選擇與使用注意事項(xiàng)1.錫膏的選擇（5）BGA、CSP、QFN一般都采用高質(zhì)量免清洗錫膏。（6）焊接熱敏元器件時(shí)，應(yīng)選用含有Bi的低熔點(diǎn)錫膏。（7）根據(jù)PCB的組裝密度（有無窄間距）選擇合金粉末顆粒度。（8）根據(jù)施加錫膏的工藝及組裝密度選擇錫膏的黏度。錫膏印刷工藝與設(shè)備37四、錫膏、助焊劑的選擇與使用注意事項(xiàng)2.助焊劑的選擇（1）浸焊、波峰焊等群焊工藝選擇助焊劑的一般原則1）一般情況下，軍用及生命保障類電子產(chǎn)品必須采用清洗型助焊劑。2）通信、工業(yè)、辦公、計(jì)算機(jī)等類型的電子產(chǎn)品可采用免清洗或清洗型助焊劑。3）一般消費(fèi)類電子產(chǎn)品均可采用免清洗型助焊劑，或采用RMA松香型助焊劑，可不清洗。錫膏印刷工藝與設(shè)備38四、錫膏、助焊劑的選擇與使用注意事項(xiàng)2.助焊劑的選擇（2）手工焊接和返修時(shí)選擇助焊劑的原則1）一定要選擇與再流焊、波峰焊時(shí)相同類型的助焊劑。2）對于有高可靠性要求的表面組裝板，助焊劑一定要嚴(yán)格管理。錫膏印刷工藝與設(shè)備39四、錫膏、助焊劑的選擇與使用注意事項(xiàng)3.使用錫膏的注意事項(xiàng)（1）領(lǐng)取錫膏應(yīng)登記到達(dá)時(shí)間、失效期、型號等數(shù)據(jù)，并為每罐錫膏編號，然后保存在溫度為0～10℃的恒溫冰箱內(nèi)。如儲(chǔ)存溫度過高，錫膏中的合金粉末和助焊劑會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，使錫膏的黏度升高，影響其印刷質(zhì)量；如存儲(chǔ)溫度低于0℃，錫膏中的松香成分會(huì)發(fā)生結(jié)晶現(xiàn)象，在焊接過程中，易出現(xiàn)焊料球或虛焊等問題。錫膏印刷工藝與設(shè)備40四、錫膏、助焊劑的選擇與使用注意事項(xiàng)3.使用錫膏的注意事項(xiàng)（2）使用錫膏時(shí)，應(yīng)按照先進(jìn)先出的原則，從冰箱中取出后，記下時(shí)間、編號、使用者、應(yīng)用的產(chǎn)品，未開蓋的情況下，室溫下放置4～6h，待錫膏達(dá)到室溫后再開蓋。如果在低溫下打開，容易吸收水汽，再流焊時(shí)容易產(chǎn)生錫珠。注意不要把錫膏置于熱風(fēng)器、空調(diào)等旁邊，以免加速它的升溫。錫膏印刷工藝與設(shè)備41四、錫膏、助焊劑的選擇與使用注意事項(xiàng)3.使用錫膏的注意事項(xiàng)（3）錫膏開封前，須使用離心式攪拌機(jī)攪拌3～5min，使錫膏中的各成分均勻，降低錫膏的黏度。錫膏開封后，原則上應(yīng)在24h內(nèi)用完，超過使用期的錫膏應(yīng)報(bào)廢處理。（4）開始生產(chǎn)前，操作者要使用專用不銹鋼棒攪拌錫膏，使其均勻才能使用，并定時(shí)用黏度測試儀對錫膏黏度進(jìn)行抽測。（5）根據(jù)印制電路板的幅面及焊點(diǎn)的多少，決定第一次加到鋼網(wǎng)上的錫膏量，一般第一次加200～300g，印刷一段時(shí)間后再適當(dāng)加入一點(diǎn)。錫膏印刷工藝與設(shè)備42四、錫膏、助焊劑的選擇與使用注意事項(xiàng)3.使用錫膏的注意事項(xiàng)（6）錫膏置于鋼網(wǎng)上超過30min未使用時(shí)，應(yīng)重新攪拌后再使用。若中間放置時(shí)間較長，應(yīng)將錫膏重新放回罐中，并蓋緊蓋子放于冰箱中冷藏。（7）PCB印刷后，應(yīng)在12h內(nèi)貼裝完，超過此時(shí)間應(yīng)將PCB上的錫膏清洗后重新印刷。（8）錫膏印刷時(shí)間的最佳溫度為25