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表面組裝工藝材料介紹―焊膏

作者：博維科技 時間：2018-08-01 14:14
第五章  表面組裝工藝材料介紹――焊膏
 
焊膏是由合金粉末和糊狀助焊劑載體均勻混合成的膏狀焊料，是表面組裝再流焊工藝必需的材料。
5.1焊膏的分類、組成
 一．焊膏的分類
 1．按合金粉末的成分可分為：高溫、低溫，有鉛陽無鉛。
 2．按合金粉末的顆粒度叮分為：一般間距用和窄間距用。
 3．按焊劑的成分可分為：免清洗、可以不清洗、容劑清洗和水清洗。
 4．按松香活性分為：R(非活性)、RMA(中等活性)、RA(全活性)。
 5．按粘度可分為：印刷用和滴涂用。
 二．焊膏的組成
1.合金粉末
臺金粉末是膏的主要成分，合金粉末的組分、顆粒形狀和尺寸是決定膏特性以及焊點量的關鍵固素。
   目前最常用焊膏的金屬組分為Sn63Pb37和Sn62Pb36Ag2。
   合金焊料粉的成份和配比是決定焊膏的容點的主要因素；合金焊料粉的形狀、顆粒度直接影響焊膏的刷性和黏度：合金焊料粉的表面氧化程度對焊膏的可焊性能影響很大，合金粉未表面氧化物含量應小寸：0.5％，最好控制住80ppm以下；合金焊料粉中的微粉是產生焊料球的因素之一，微粉含址應控制在10％以下。
2、焊劑
  焊劑是凈化金屬表面、提高潤濕性、防止焊料氧化和保證焊膏質量以及優良工藝的關鍵材料。
表5-1  常用焊膏的金屬組分、熔化溫度與用途
 
不同的焊劑成分可配制成免清洗、有機溶劑清洗和水清洗不同用途的焊膏。焊劑的組成對焊膏的潤濕性、塌落度、黏度、可清洗性、焊料球飛濺及儲存壽命等均有較大的影響。
 3.合金焊料粉與焊劑含量的配比
    合金焊粉與焊劑含量的配比是決定焊膏黏度的主要因素之—。合金焊料粉的含量高，黏度就大：焊劑百分含量高，黏度就小。一般合金焊粉重量百分含量在75-90.5％。免清洗焊膏以及模板印刷用焊膏的合金含量高—些，在90％左右。
三．對焊膏的技術要求
    1．焊膏的合金組分盡量達到共晶或近共晶，要求焊點強度較高，并且與PCB鍍層、元器件端頭或引腳可焊性要好。
    2．在儲存期內，焊膏的性能應保持不變。
    3．焊膏中的金屬粉末與焊劑不分層。
    4．室溫下連續印刷時，要求焊膏不易于燥，印刷性(滾動性)好。
    5．焊膏粘度要滿足工藝要求，既要保證印刷時具有優良的脫模性，又要保證良好的觸變性(保形性)，印刷后焊膏不塌落。
    6．合金粉末顆粒度要滿足工藝要求，合金粉末中的微粉少，焊接時起球少。
    7.再流焊時潤濕性好，焊料飛濺少，形成最少量的焊料球。
5．2焊膏的選擇依據及管理使用
 一．焊膏的選擇依據
    1．根據產品本身價值和用途，高可靠性的產品需要高質量的焊膏。
    2．根據產品的組裝工藝、印制板和元器件選擇焊膏的合金組分。
    (1)常用的焊膏合金組份：Sn63Pb37  和Sn62Pb36Ag2。
    (2)鈀金或鈀銀厚膜端頭和引腳可焊性較差的元器件應選樣含銀焊膏。
    (3)水金板不要選擇含銀的焊膏。
    3．根據產品(印制板)對清潔度的要求以及焊后不同的清洗工藝來選擇焊膏。
    (1)采用免清洗工藝時，要選用不含鹵素和強腐蝕性化合物的免清洗焊膏。
    (2)采用溶劑清洗工藝時，要選用溶劑清洗型焊膏。
    (3)采用水清洗工藝時，要選用水溶性焊膏。
(4)BGA、CSP  一般都需要選用高質量的免清洗型含銀的焊膏。
4．根據PCB和元器件存放時間和表面氧化程度來選擇焊膏的活性。
   (1) 一般采KJRMA級。
   (2)高可靠性產品、航天和軍工產品可選擇R級。
   (3)PCB、元器件存放時間長，表面嚴重氧化，應采用RA級，焊后清洗。
   5．根據PCB的組裝密度(有無窄間距)來選擇合金粉末顆粒度，常用焊膏的合金粉未顆粒尺寸分為四種粒度等級，窄間距時—般選擇20—45pm。
6．根據施加焊膏的工藝以及組裝密度選擇焊膏的粘度，高密度印刷要求高粘度，滴涂要求低粘度。
二．焊膏的管理和使用
1．必須儲存在5一10℃的條件下。
2．要求使用前一天從冰箱取出焊膏(至少提前2 小時)，待焊膏到室溫后才能打開容器蓋，防止水汽凝結。（采用焊膏攪拌機時，15分鐘即可回到室溫）。
3．使用前用不銹鋼攪拌棒將焊膏攪拌均勻。
4．添加完焊膏后，應蓋好容器蓋。
5．免清洗焊膏不得回收使用，如果印刷間隔超過 l小時，須將焊膏從模板上拭去，同時將焊膏存放到當天使用的容器中。。
6．印刷后盡量在4小時內完成再流焊。
7．免清洗焊膏修板后不能用酒精擦洗。
8．需要清洗的產品，再流焊后應在當大完成清洗。
9．印刷焊膏和貼片膠時，要求拿PCB的邊緣或帶指套，以防污染PCB。
5．3焊膏的發展動態
目前普通焊膏還在繼續沿用。隨著環保要求提出，免清洗焊膏的應用越來越普及。對清潔度要求高必須清洗的產品，—般應采用溶劑清洗型或水清洗型焊膏，必須與清洗工藝相匹配。另外，為了防止鉛對環境和人體的危害，無鉛焊料也迅速地被提到議事日程上，日本已研制出無鉛焊料并應用到實際生產中，美國和歐洲也在加緊研究和應用。
5．4無鉛焊料簡介
 一．無鉛焊料的發展動態
  鉛及其化合物會給人類生活環境和安合帶來較大危害；電子工業中在大量使用sn/Pb合金焊料是造成污染的產要來源之一。日本首先研制出無鉛焊料并應用到實際生產中，并提出2003年禁止使用。美國和歐洲提出2006年禁止使用。另外，特別強調電子產品的廢品回收問題。我國一些獨資、合資企業的出口產品也有了應用。無鉛焊料已進入實用性階段。我國目前還沒有具體政策，目前普通焊膏還繼續沿用，但發展是非常快的，加入WTO會加速跟上世界步伐。我們應該做好準備，例如收集資料、理論學習等。
二．對無鉛焊料的要求
  1．熔點低，合金共晶溫度近似于Sn63／Pb37的共晶溫度183℃，大致在180℃-220℃之間。
2．無毒或毒性很低，所選材料現在和將來都不會污染環境。
3．熱傳導率和導電率要與Sn63／Pb37的共晶焊料相當，具有良好的潤濕性。
4．機械性能良好，焊點要行足夠的機械強度和抗熱老化性能。
5．要與現有的焊接設備和工藝兼容，可在不更換設備不改變現行工藝的條件下進行焊接。
6．焊接后對各焊點檢修容易。
7．成本要低，所選剛的材料能保證充分供應。
三．目前最有可能替代Sn／Pb焊料的合金材料
  最有可能替代Sn／Pb焊料的無毒合金是sn基合金，以Sn為主，添加Ag、Zn、Cu、Sb、bi、In等金屬性能，提高可焊性。
  目前常和的無鉛焊料主要是以Sn-Ag、Sn-Zn、Sb、Bj為基體，添加適量的其它金屬元素組成三元合金和多元合金。
  1．Sn-Ag系焊料
    Sn-Ag系焊料具有優良的機械性能、拉仲強度、蠕變特性及耐熱老化比Sn-Pb共晶焊料稍差，但不存在延展性隨時間加長而劣化的問題；Sn-Ag系焊料的主要缺點是熔點偏高，比
Sn-Pb共晶焊料高30-40℃，潤濕性差，成本高。
 2．Sn-Zn系焊料
sn-zn系焊料機械性能好，拉伸強度比sp－pb共晶焊料好，可拉制成絲材使用；具有良好的蠕變特性，變形速度慢，至斷裂時間長；缺點是ZN極易氧化，潤濕性和穩定性差，具有腐蝕性。
3.Sn-Bi系焊料
Sn-Bi系焊料是以SN－AG(CU)系合金為基體，添加適量的BI組成的合金焊料；優點是降低了熔點，使其與SN－PB共晶焊料相近；蠕變特性好，并增大了合金的拉伸強度；缺點是延展性變壞，變得硬而脆，加工性差，不能加工成線材使用。
四.目前應用最廣泛的無鉛焊料
SN3.2Ag-0.5Cu是目前應用最多的無鉛焊料。其熔點為217-218℃。
五、無鉛焊接給帶來問題
1. 元器件
要求元件體耐高溫，而且無鉛化。即元件的焊接端頭和引出線也要采用無鉛鍍層。
2. PCB
要求PCB基材耐更高溫度，焊后不變形，焊盤表面鍍層無鉛化，與組裝焊接用的無鉛焊料兼容，要低成本。
3. 助焊劑
要開發新型的潤濕性更好的助焊劑，要與預熱溫度和焊接溫度相匹配，而且要滿足環保要求。
4. 焊接設備
要適應較高的焊接溫度要求，再流焊爐的預熱區要加長或更換新的加熱元件；波峰焊機的焊料槽、焊料波噴嘴、導軌傳輸爪的材料要耐高溫腐蝕。必要時（例如高密度窄間距時）采用新的抑制焊料氧化技術和采用惰性氣體N2保護焊接技術。
5. 工藝
無鉛焊料的印刷、貼片、焊接、清洗以及檢測都是新的課題，都要適應無鉛焊料的要求。
6. 廢料回收
無鉛焊料中回收BI、CU、Ag也是一個新課題。
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