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表面组装工艺材料介绍―焊膏

作者:博维科技 时间:2018-07-28 15:55
第五章  表面组装工艺材料介绍――焊膏
 
焊膏是由合金粉末和糊状助焊剂载体均匀混合成的膏状焊料,是表面组装再流焊工艺必需的材料。
5.1焊膏的分类、组成
 一.焊膏的分类
 1.按合金粉末的成分可分为:高温、低温,有铅阳无铅。
 2.按合金粉末的颗粒度叮分为:一般间距用和窄间距用。
 3.按焊剂的成分可分为:免清洗、可以不清洗、容剂清洗和水清洗。
 4.按松香活性分为:R(非活性)、RMA(中等活性)、RA(全活性)。
 5.按粘度可分为:印刷用和滴涂用。
 二.焊膏的组成
1.合金粉末
台金粉末是膏的主要成分,合金粉末的组分、颗粒形状和尺寸是决定膏特性以及焊点量的关键固素。
   目前最常用焊膏的金属组分为Sn63Pb37和Sn62Pb36Ag2。
   合金焊料粉的成份和配比是决定焊膏的容点的主要因素;合金焊料粉的形状、颗粒度直接影响焊膏的刷性和黏度:合金焊料粉的表面氧化程度对焊膏的可焊性能影响很大,合金粉未表面氧化物含量应小寸:0.5%,最好控制住80ppm以下;合金焊料粉中的微粉是产生焊料球的因素之一,微粉含址应控制在10%以下。
2、焊剂
  焊剂是净化金属表面、提高润湿性、防止焊料氧化和保证焊膏质量以及优良工艺的关键材料。
表5-1  常用焊膏的金属组分、熔化温度与用途
 
不同的焊剂成分可配制成免清洗、有机溶剂清洗和水清洗不同用途的焊膏。焊剂的组成对焊膏的润湿性、塌落度、黏度、可清洗性、焊料球飞溅及储存寿命等均有较大的影响。
 3.合金焊料粉与焊剂含量的配比
    合金焊粉与焊剂含量的配比是决定焊膏黏度的主要因素之—。合金焊料粉的含量高,黏度就大:焊剂百分含量高,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.对焊膏的技术要求
    1.焊膏的合金组分尽量达到共晶或近共晶,要求焊点强度较高,并且与PCB镀层、元器件端头或引脚可焊性要好。
    2.在储存期内,焊膏的性能应保持不变。
    3.焊膏中的金属粉末与焊剂不分层。
    4.室温下连续印刷时,要求焊膏不易于燥,印刷性(滚动性)好。
    5.焊膏粘度要满足工艺要求,既要保证印刷时具有优良的脱模性,又要保证良好的触变性(保形性),印刷后焊膏不塌落。
    6.合金粉末颗粒度要满足工艺要求,合金粉末中的微粉少,焊接时起球少。
    7.再流焊时润湿性好,焊料飞溅少,形成最少量的焊料球。
5.2焊膏的选择依据及管理使用
 一.焊膏的选择依据
    1.根据产品本身价值和用途,高可靠性的产品需要高质量的焊膏。
    2.根据产品的组装工艺、印制板和元器件选择焊膏的合金组分。
    (1)常用的焊膏合金组份:Sn63Pb37  和Sn62Pb36Ag2。
    (2)钯金或钯银厚膜端头和引脚可焊性较差的元器件应选样含银焊膏。
    (3)水金板不要选择含银的焊膏。
    3.根据产品(印制板)对清洁度的要求以及焊后不同的清洗工艺来选择焊膏。
    (1)采用免清洗工艺时,要选用不含卤素和强腐蚀性化合物的免清洗焊膏。
    (2)采用溶剂清洗工艺时,要选用溶剂清洗型焊膏。
    (3)采用水清洗工艺时,要选用水溶性焊膏。
(4)BGA、CSP  一般都需要选用高质量的免清洗型含银的焊膏。
4.根据PCB和元器件存放时间和表面氧化程度来选择焊膏的活性。
   (1) 一般采KJRMA级。
   (2)高可靠性产品、航天和军工产品可选择R级。
   (3)PCB、元器件存放时间长,表面严重氧化,应采用RA级,焊后清洗。
   5.根据PCB的组装密度(有无窄间距)来选择合金粉末颗粒度,常用焊膏的合金粉未颗粒尺寸分为四种粒度等级,窄间距时—般选择20—45pm。
6.根据施加焊膏的工艺以及组装密度选择焊膏的粘度,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.必须储存在5一10℃的条件下。
2.要求使用前一天从冰箱取出焊膏(至少提前2 小时),待焊膏到室温后才能打开容器盖,防止水汽凝结。(采用焊膏搅拌机时,15分钟即可回到室温)。
3.使用前用不锈钢搅拌棒将焊膏搅拌均匀。
4.添加完焊膏后,应盖好容器盖。
5.免清洗焊膏不得回收使用,如果印刷间隔超过 l小时,须将焊膏从模板上拭去,同时将焊膏存放到当天使用的容器中。。
6.印刷后尽量在4小时内完成再流焊。
7.免清洗焊膏修板后不能用酒精擦洗。
8.需要清洗的产品,再流焊后应在当大完成清洗。
9.印刷焊膏和贴片胶时,要求拿PCB的边缘或带指套,以防污染PCB。
5.3焊膏的发展动态
目前普通焊膏还在继续沿用。随着环保要求提出,免清洗焊膏的应用越来越普及。对清洁度要求高必须清洗的产品,—般应采用溶剂清洗型或水清洗型焊膏,必须与清洗工艺相匹配。另外,为了防止铅对环境和人体的危害,无铅焊料也迅速地被提到议事日程上,日本已研制出无铅焊料并应用到实际生产中,美国和欧洲也在加紧研究和应用。
5.4无铅焊料简介
 一.无铅焊料的发展动态
  铅及其化合物会给人类生活环境和安合带来较大危害;电子工业中在大量使用sn/Pb合金焊料是造成污染的产要来源之一。日本首先研制出无铅焊料并应用到实际生产中,并提出2003年禁止使用。美国和欧洲提出2006年禁止使用。另外,特别强调电子产品的废品回收问题。我国一些独资、合资企业的出口产品也有了应用。无铅焊料已进入实用性阶段。我国目前还没有具体政策,目前普通焊膏还继续沿用,但发展是非常快的,加入WTO会加速跟上世界步伐。我们应该做好准备,例如收集资料、理论学习等。
二.对无铅焊料的要求
  1.熔点低,合金共晶温度近似于Sn63/Pb37的共晶温度183℃,大致在180℃-220℃之间。
2.无毒或毒性很低,所选材料现在和将来都不会污染环境。
3.热传导率和导电率要与Sn63/Pb37的共晶焊料相当,具有良好的润湿性。
4.机械性能良好,焊点要行足够的机械强度和抗热老化性能。
5.要与现有的焊接设备和工艺兼容,可在不更换设备不改变现行工艺的条件下进行焊接。
6.焊接后对各焊点检修容易。
7.成本要低,所选刚的材料能保证充分供应。
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焊料的无毒合金是sn基合金,以Sn为主,添加Ag、Zn、Cu、Sb、bi、In等金属性能,提高可焊性。
  目前常和的无铅焊料主要是以Sn-Ag、Sn-Zn、Sb、Bj为基体,添加适量的其它金属元素组成三元合金和多元合金。
  1.Sn-Ag系焊料
    Sn-Ag系焊料具有优良的机械性能、拉仲强度、蠕变特性及耐热老化比Sn-Pb共晶焊料稍差,但不存在延展性随时间加长而劣化的问题;Sn-Ag系焊料的主要缺点是熔点偏高,比
Sn-Pb共晶焊料高30-40℃,润湿性差,成本高。
 2.Sn-Zn系焊料
sn-zn系焊料机械性能好,拉伸强度比sp-pb共晶焊料好,可拉制成丝材使用;具有良好的蠕变特性,变形速度慢,至断裂时间长;缺点是ZN极易氧化,润湿性和稳定性差,具有腐蚀性。
3.Sn-Bi系焊料
Sn-Bi系焊料是以SN-AG(CU)系合金为基体,添加适量的BI组成的合金焊料;优点是降低了熔点,使其与SN-PB共晶焊料相近;蠕变特性好,并增大了合金的拉伸强度;缺点是延展性变坏,变得硬而脆,加工性差,不能加工成线材使用。
.目前应用最广泛的无铅焊料
SN3.2Ag-0.5Cu是目前应用最多的无铅焊料。其熔点为217-218℃。
五、无铅焊接给带来问题
1. 元器件
要求元件体耐高温,而且无铅化。即元件的焊接端头和引出线也要采用无铅镀层。
2. PCB
要求PCB基材耐更高温度,焊后不变形,焊盘表面镀层无铅化,与组装焊接用的无铅焊料兼容,要低成本。
3. 助焊剂
要开发新型的润湿性更好的助焊剂,要与预热温度和焊接温度相匹配,而且要满足环保要求。
4. 焊接设备
要适应较高的焊接温度要求,再流焊炉的预热区要加长或更换新的加热元件;波峰焊机的焊料槽、焊料波喷嘴、导轨传输爪的材料要耐高温腐蚀。必要时(例如高密度窄间距时)采用新的抑制焊料氧化技术和采用惰性气体N2保护焊接技术。
5. 工艺
无铅焊料的印刷、贴片、焊接、清洗以及检测都是新的课题,都要适应无铅焊料的要求。
6. 废料回收
无铅焊料中回收BI、CU、Ag也是一个新课题。

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