《SMT工艺大全》PPT课件.ppt

工艺材料的用途与应用要求 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 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 0 b 部分润湿 0 90 c 不润湿 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25页 在锡铅系焊料中 加入铋和铟 焊料的最低熔点可以降低到150 左右 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 常用焊料中Sn63 Pb37和Sn62 Pb36 Ag2具有最佳综合性能 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 3 2焊料3 2 2常用焊料的组成 物理常熟及特性 Sn63 Pb37的特性 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 Sn Pb二元相图 焊料的共晶特性 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 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 无铅焊料 与常用的Sn Pb焊料相比 焊接工艺 焊接工艺材料选择焊接设备 组装工艺条件 无铅焊料的熔点增高 密度与湿润性降低 成本提高 机械性能也有所变化 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 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 而无铅焊料的高熔点 就造成无铅回流焊的工艺窗口很窄 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 这有利于扩大工艺窗口 提高焊接质量 无铅锡膏熔化温度范围 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 主要成分及分类焊膏的特性影响焊膏特性的因素SMT工艺对焊膏的要求焊膏使用规则焊膏的发展 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 锡膏的选择标准 合金组份 锡膏的粘度见书表3 7 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 1合金參數 温度范围a固相b液相焊接强度 结合力 3 3焊膏 锡铅合金的二元金相图a共熔组成在Pb37 Sn63合金 此是固态与液态直来直往的 无浆状存在 且熔点低在183 C b纯铅的MP为327 C 纯锡232 C 当形成合金时 则其MP下降以共晶点为最低 3 3焊膏 3 3焊膏 常用合金 电子应用方面 含铅 超过90 的是 Sn63 Pb37 Sn62 Pb36 Ag2 或Sn60 Pb40 2 的银合金随含Ag引脚和焊垫应用的增加而增加 银合金常用于锡铅合金产生弱粘合的场合 2 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 Optimum GoodPoor 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 3 3焊膏 目数 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 MeshConcept 3 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 以下是合金焊料粉末氧化引起錫珠的原理圖 d 锡粉的氧化 3 3焊膏 焊盘上锡膏放置数小时 焊锡熔融成块 锡球 过回炉焊后 3 3焊膏 3 3焊膏 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 例如 按焊剂系统可分为 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 根据回焊温度分 高温锡膏 常温锡膏 低温锡膏 根据金属成份份 含铅锡膏Sn62 Pb36 Ag2或Sn63 Pb37 无铅锡膏Sn96 5 Ag3 Cu0 5 3 3焊膏 焊膏的特性与影响因素焊膏的特性 1 焊膏的流变特性 材料根据其流动性可分为 理想的 塑性的 伪塑性的 膨胀 和触变 焊膏具有流动性 且是属于触变流体 流体的流动特性 黏度 剪切应力与剪切率的比值 3 3焊膏 触变材料典型流动曲线 3 3焊膏 由于焊膏的触变特性 焊膏使用前要先进搅拌 3 3焊膏 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 焊膏的熔点与焊接温度的关系 见书表3 9 3 3焊膏 影响焊膏特性的因素 1 焊膏的印刷特性 丝网印刷时焊膏的典型流动特性 3 3焊膏 影响焊膏特性的因素 2 黏度 黏度是焊膏的主要性能指标 当所有条件包括温度都保持恒定时 焊膏的黏度值随剪切率增加而降低 3 3焊膏 影响焊膏特性的因素 2 黏度 焊料合金 金属 百分含量 粉末颗粒大小 温度 焊剂量和触变剂润滑性能也会影响焊膏黏度 剪切率和金属含量对黏度的影响 3 3焊膏 影响焊膏特性的因素 2 黏度 粉末颗粒尺寸对黏度的影响 3 3焊膏 影响焊膏特性的因素 2 黏度 环境温度对黏度的影响 3 3焊膏 影响焊膏特性的因素 3 金属成分对黏度的影响 在不同的活化剂焊剂系统中 即使相同重量比的金属属 其体积比也会不同 其黏度也会不同 3 3焊膏 影响焊膏特性的因素 4 焊膏的焊料粉末 球形焊料粉末在给定的体积下总表面积是最小的 能减少可能发生表面氧化的面积 而且一致性比较好 且其黏度比较好 为使焊膏具备优良的印刷性能创造了条件 不规则形状的焊料颗粒 其表面积大 且易于氧化 还会堵塞网孔 使印刷不稳定 3 3焊膏 SMT工艺对焊膏的要求 1 具有优良的保存稳定性 2 在印刷时和再流焊加热前 焊膏应具备以下几个特性 a 印刷时有良好的脱模性 b 应刷时和应刷后焊膏不易坍塌 c 合适的黏度 3 再流焊时 焊膏应具备下列特性 a 具有良好的湿润性 b 减少焊料球的形成 c 焊料飞溅少 3 3焊膏 焊料球的形成过程 3 3焊膏 焊料球产生的主要原因 见书表3 13 SMT工艺对焊膏的要求 4 再流焊接后对焊料的要求 a 洗净性 b 焊接强度 3 3焊膏 工作寿命 是指焊膏印刷后到放置元件允许经历的时间 若焊膏中所含溶剂挥发性过大 易使焊膏干燥而不易作业 且易失去对元件的黏着力 应选择至少有4h有效工作时间的焊膏 否则会对批次生产造成困扰 使用寿命 是指在规定的保存条件下 焊膏从出厂到性能严重降低的保存期限 一般规定为3 6个月 也有一年的 由于焊膏中有化学添加物 易因温度和时间而变化 失去原有功能 因此保存期限和使用器件需加注意 焊膏的维护与管理 3 3焊膏 存放条件 冷藏能够延长焊膏保质期 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 使焊膏形状恶化 解冻时会危及焊膏的流变特征 注射器包装和筒装焊膏存放时应尖端向下 并使用密封容器保存在恒温 恒湿的冰箱内 并排除容器内残余空气 开放式存储时可导致材料失效 采购运输过程中 应使用冰袋或冷藏设备进行恒温 恒湿保护 點燈位置 灯点 依据厂商制造日及失效日期将锡膏划分為相应的Lot 以下表顏色灯点区隔标识其先后順序 锡膏使用遵循原则 遵循 少量多次 原则 遵循 先入先出 原则 3 3焊膏 FIFOControlLabelAdheredOnVendorSide AndIQCWillCheckitperIncomingInspectionProcedure 3 3焊膏 ALLOY 合金成分 63Sn37Pb LOTNO 批号 NETWT 净重 500g TYPE 型号 P L T 制造日期 EXP DATE 失效日期 VISCOSITY 黏度 180 250Pa s 产品表示说明 3 3焊膏 失效期限 由制造填写1 锡膏开封的失效时间是以开封时间为基准 超过24H就为锡膏的开封失效期限 2 锡膏回温时间规定为4小时以上 若锡膏回温时间超过48H就为锡膏的回温失效期限 3 当锡膏的开封失效时间大于锡膏的回温失效时间 以回温失效时间为准 4 锡膏的开封时间必须据回温时间4H以上 3 3焊膏 锡膏存储寿命 环境 22 28 RH 40 70 i 未开盖建议未开盖的锡膏在上面所说的环境下最长放置的寿命 a 免洗 4天b 水洗 2天 3 3焊膏 ii 开盖 但未用 当把外盖打开 就不再是密封环境了 取出内盖 再把内盖和外盖都放回去 这样做的话 寿命为 a 免洗 1 2天b 水洗 1天iii 开盖 已使用 焊膏已在钢网上印刷 这要参照锡膏在钢网上的寿命 a 免洗 8 12小时b 水洗 4 6小时 3 3焊膏 储存温度超标处理对策 1 若停电 温度不能超过25 且在25 的环境中儲存最長达24H 超时需送工程评估 评估合格后才能使用 否则 报废处理 2 若停电24H 从冰箱拿出來的锡膏到使用完不能超過48H 否則 报废处理 3 若温度大於10 小於15 要在72H內用完 超时需送工程评估 评估合格后才能使用 否則 报废处理 3 3焊膏 3 3焊膏 焊膏使用的方法 1 锡膏供给的方式 A用印刷的方式印刷是锡膏供给最通用的一种方式 适合于大量生产 其具体印刷方法如下图所示 锡膏印刷流程 a印刷电路板 钢网的准备b钢网开口部分PAD相吻合c刮刀 锡膏准备d刮刀移动e钢网与PCB分离 3 3焊膏 貼裝表面不在一個平面 裝有锡膏的注射器 B用挤压的供给方式 适合于局部锡膏供给贴装表面不在一个平面 使用举例 a锡膏准备b用空气压力挤出锡膏 2 加热方法 锡膏加热用的热源 主要使用Reflow 红外线 热风对流式 按不同的目的 主要使用局部热风加热 光辐射 镭射等 3 3焊膏 回温 搅拌 开封 印刷 贴装 焊接 置于室温下放置4 48小时 用锡膏自动搅拌机搅拌1分钟 开封失效时间为24H 1条线只能使用1瓶锡膏 空瓶子及时归还 印刷时注意每半小时添加一次锡膏 贴装后检查贴片状况 并要求在2小时内完成贴装 锡膏熔点温度为183 合理设置温度曲线有助于零件焊接 使用流程 锡膏使用流程 3 3焊膏 锡膏回温锡膏通常要用冰箱冷 冷藏温度为2 10 为佳 故从冷箱中取出锡膏时 需先经 回温 才能打开瓶盖使用 回温方式 不开启瓶盖的前提下 放置于室温中自然解冻 回温时间 4 8小时左右注意 末经充足的 回温 千万不要打开瓶盖 不要用加热的方式缩短 回温 时间 3 3焊膏 锡膏的管制分为 入库 回温 搅拌 上线使用 换线使用 程式界面如下图所示 3 3焊膏 输入锡膏编号 回车后点击按扭就开始回温 如有比此锡膏先入库还没回温的将会提示那瓶锡膏应该先回温 3 3焊膏 搅拌锡膏在 回温 后 于使用前要充分搅拌 搅拌方式 手工搅拌或机器搅拌均可 搅拌时间 手工 分钟左右机器 分钟 适当的搅拌时间因搅拌方式 装置及环境温度等因素而不同 应在事前多做试验来确定 锡膏的搅拌 3 3焊膏 锡膏搅拌一分钟后就可以上线 同样当锡膏搅拌不到一分钟 会提示你搅拌需要一分钟才能上线 锡膏上线时的操作是 输入锡膏编号 点击按钮 会弹出如下图所示的界面 选者使用线别 以及领用人后点击确定 即可上线 3 3焊膏 锡膏使用的建议 环境的温 湿度 最佳温度 25 3 最佳湿度 45 65 RH温度增高 黏度减低湿度减低 焊膏变干温度减低 黏度增大湿度增加 焊膏起化学反应 3 3焊膏 1 保证在各种模式下正确使用锡膏 检查锡膏的类型 合金类型和网目类型 不同的焊膏适用于不同的应用模式或生产2 锡膏从冰箱拿出解冻到室温最少需要4个小时 在存储期间 锡膏不可低于0度 避免结晶 保证锡膏到可使用的条件 预防锡膏结块 不过在解冻后 使用过的和未使用的焊膏都可以恢复它本来的性能 锡膏使用注意事项 3 3焊膏 3 在使用之前 要完全 轻轻地搅拌锡膏 相同方向以每分80 90转的速度通常是2 3分钟 使锡膏均匀4 在使用时的任何时候 只保证只有1瓶锡膏开着 在生产的所有时间里 保证使用的是新鲜锡膏5 对开过盖的和残留下来的锡膏 在不使用时 内 外盖一定是紧紧盖着的 预防锡膏变干和氧化 延长在使用过程中锡膏的自身寿命 3 3焊膏 6 在使用锡膏时 实行 先进先出 的工作程序 使用锡膏一直处于最佳性能状态7 确保锡膏在印刷时是 热狗 式滚动 热狗 的厚度直径约等于1 5 3 0cm高度 监测锡膏粘度的指导方法 正确的滚动可以确保焊膏漂亮的印刷到钢网的开口处8 印有锡膏的PCB 为保证锡膏的最佳焊接品质 在1个小时内流到下一个工序 防止锡膏变干和粘度减少 3 3焊膏 9 在锡膏不用超过1个小时 为保持锡膏最佳状态 锡膏不要留在钢网上 预防锡膏变干和不必要的钢网堵孔10 尽量不要把新鲜锡膏和用过的锡膏放入同一个瓶子 当要从钢网收掉锡膏时 要换另一个空瓶来装 防止新鲜锡膏被旧锡膏污染 对于使用过的锡膏的保存方法 参见前面的 储存 程序 11 建议新 旧锡膏混合使用时 用1 4的旧锡膏与3 4的新鲜锡膏均匀搅拌在一起 保持新 旧锡膏在混合在一起时都处于最佳状态 3 3焊膏 使用前回温至少4 6小时达到室溫 回温后未使用放回允許一次 搅拌1 2min开封后印刷作业环境溫度18 25 24小時內用完 超时报废使用时建作业环境 溫度25 2 相对湿度60 15 印刷后2小时內过Air reflow 超时刮除清洗重印 3 3焊膏 锡膏在工作使用时注意事项 1 锡膏是一种化学产品 混合了多种化学成份 应切记避免多次数近距离嗅闻其味更不可食用 2 接过程中 锡膏中的助焊剂产生的部分烟雾会对人体的呼吸系统产生刺激 长时间或一再暴露在其废气中可能产生不适 因此应确保作业现场通风良好 焊接设备必须安装充足的排气装置 将废气排走 3 有必要的防范措施避免锡膏接触皮肤和眼睛 若不慎接触到皮肤 则应立即用沾有酒精的布将该处擦干净 再用肥皂和清水清洗干净 若不慎让复印膏接触眼睛 则需立即用清水冲洗10分钟以上 并尽快送医院治疗 3 3焊膏 锡膏使用注意事项 4 过程中不允许饮食 抽烟 作业后先用肥皂或温水洗手才能进食 5 虽然本品之溶剂系统闪点极高 但仍然易燃 应避免接近火源 若不慎着火 可用二氧化碳或化学干粉灭火器进行灭火 千万不可用水灭火 6 废弃的锡膏和清理后沾有锡膏污渍的清洁布不能随意掉弃 应将其装入封密容器中 并按国家和地方的相关法规处置 3 3焊膏 1 锡膏的制造 存儲期 2 在印刷板上印刷 3 3焊膏 3 組件貼裝 2 在印刷板上印刷 有效期 3 3焊膏 3 3焊膏 焊膏的发展趋势 1 与器件和组装技术发展相适应 1 与细间距技术 FPT 相适应 2 与新型器件和组装技术的发展相适应 2 与环保要求和绿色组装相适应 1 与水清洗相适应的水溶性焊膏的开发 2 免洗焊膏的应用 3 无铅焊膏的开发 3 4焊剂 一 焊剂的分类和组成二 焊剂的作用和施加方法三 新型焊剂的研发和水溶性焊剂 3 4焊剂 焊剂的分类 酸性焊剂 焊接作用强 腐蚀性大 树脂系焊剂 松香系列焊剂 合成焊剂 焊剂的分类和组成 3 4焊剂 1 松香系列焊膏 松香是从松树的含油松脂中提取精炼而成的 主要成分是松香酸及其同素异形体 有机多脂酸和碳氢化萜 室温下呈固态 最纯的松香 水白松香 简称WW 最弱的非活性焊剂 能去除足量的金属氧化物 从而使焊料获得优良的润湿性 松香系列焊膏 在水白松香中加入活化剂 溶剂 树脂等成分 见表3 14 美国合成型松香系焊剂分类规定为 SR SMR SRA SSRA四类 松香 焊丝专用焊剂 丝状焊料 手工焊 3 4焊剂 2 合成焊剂 主要成分是合成树脂 可根据用途配制不同类型的合成焊剂 单波峰焊剂工艺 合成树脂 溶剂 活化剂 发泡剂等成分组成的合成焊剂 双波峰焊接工艺 合成树脂 松香基焊剂组成的合成焊剂 焊接能力防止塌陷黏滯力殘留物之顏色印刷能力 ROSIN的职责 1 固化物 Solids 包括松香 松香油等具黏滯性 略具清洁被焊金属的功效效能 且可阻隔空氣 防止被焊高溫下之氧化 助焊剂的组成 3 4焊剂 活化強度信賴度保存期限 ACTIVATORS之职责 2 活性剂 Activators 包括卤素及有机酸 具有強力清洁金属表面之能力 其腐蚀性亦強 3 4焊剂 防止塌陷黏滯時間黏度控制 SOLVENTS之职责 3 溶剂 Solvents 包括乙醇 水等 可降低前二者之含量百分比 使其作用易于掌控 同时有助于助焊剂溫度之降低 在使用使涂布更均勻 效果更佳 3 4焊剂 Thixotropicagent之职责 黏度印刷能力防止塌陷ODOR 4 其它 如助润剂有助于被焊金属之间的润锡能力 热稳定剂可使助焊剂能承受更高之溫度且不易变质 黏度修正液可控制流动性 3 4焊剂 一般金属表面都覆盖一层脏污和氧化膜 这是阻碍焊接的主要因素 Flux的作用就是将这些脏污和氧化膜去掉 使焊接順利进行 減少表面张力以增加焊锡性 促进润湿的发生 作为Flux的作用举三个例子 说明如下 1 溶解被焊母材表面的氧化膜在大气中 被焊母材表面总是被氧化膜覆盖着 其厚度大约为2 10 9 2 10 8m 在焊接时 氧化膜必然会阻止焊料对母材的润湿 焊接就不能正常进行 因此必须在母材表面涂敷助焊剂 使母材表面的氧化物还原 从而达到消除氧化膜的目的 焊剂的作用 3 4焊剂 3 4焊剂 用化学方法除去金属表面脏污和氧化膜 使焊锡进坑内在清洁的表面进行 但是沒有除去油 灰尘的作用 助焊剂的作用 3 4焊剂 2 焊接时保护金属不再氧化 形成新的氧化物 焊接中的金属 基材 及熔化的焊锡 比常温下氧化的速度更快 在焊接过程中 Flux覆盖在金属表面 阻止了它们与空气的接触 从而防止了因为加热焊接引起的再氧化的发生 3 4焊剂 3 焊接时减少溶融焊料的表面张力 促进焊料扩展和流动 熔融焊料表面具有一定的张力 就像雨水落在荷叶上 由于液体的表面张力会立即聚结成圆珠状的水滴 熔融焊料的表面张力会阻止其向母材表面漫流 影响润湿的正常进行 当助焊剂覆盖在熔融焊料的表面时 可降低液态焊料的表面张力 使润湿性能明显得到提高 3 4焊剂 3 4焊剂 预热 焊料开始融化 焊料合金形成 焊缝形成 焊料固化 1 受热作用 焊剂融化 覆盖在焊料和基材表面与成离子状态的基材表面的氧化物发生反应 使之溶解在焊剂中 从而去除 2 发生作用后 离开组件表面 焊料润湿焊盘和元件 焊剂发生位移 浮在溶融焊料表面 影响其流动性和表面张力 防止再氧化 焊剂作用过程 3 4焊剂 焊剂的施加方法 1 再流焊工艺 将膏状焊剂施加到焊膏中 2 波峰焊工艺 将焊剂施加到金属的表面 常用的有三种方法 波峰法 喷射法 和发泡法 喷射法 A 超声波喷射法B 压力喷射喷涂法 C 丝网鼓方式 3 4焊剂 发泡法 1 原理 发泡涂布工工艺主要使用松香助焊剂 将压缩空气通过发泡管引到容器的底部 让助焊剂变为泡沫向上涌出涂布在印制板上 2 优点 设备简单 投资少 3 缺点 涂布不均匀 不能控制焊剂量 焊剂消耗较大 需定期更换焊剂 并且电路板上有残余物污染 其次 由于大量暴露在空气中 助焊剂中的乙醇溶剂挥发较快 使助焊剂固体含量上升 因此 需经常监视助焊剂的比重变化来控制固体的含量 3 4焊剂 喷涂法 1 原理 喷涂法的工艺原理是利用高压空气将助焊剂雾化后从喷嘴快速喷出 均匀地涂布在电路板上 通过调节压力或喷嘴的移动速度就可以获得良好的效果 2 优点 涂覆均匀 焊剂用量少 不需比重控制 不需定期排放旧焊剂 涂布量可精确控制 无焊剂残余物污迹 3 缺点 设备价格昂贵 控制系统较为复杂 且喷嘴的往复运动容易造成机械疲劳 1 助焊剂有适当的活性温度范围 在焊料熔化前开始起作用 在施焊接通过程中较好地发挥清除氧化膜 降低液态焊料表面張力的作用 焊剂的熔点应低於焊料的熔点 但不易相差过大 2 助焊剂应有有良好的热稳定性 一般热稳定温度不小于100 3 助焊剂的密度应小于液态焊料的密度 这样助焊剂才能均勻地在被焊金属表面铺展 呈薄膜状覆盖在焊料和被焊金属表面 有效地隔绝空气 促进焊料对母材的润湿 对助焊剂的要求 3 4焊剂 4 助焊剂的残留物不应有腐蚀性且容易清洗 不应析出有毒 有害气体 要有符合电子工业规定的水溶性电阻和绝缘电阻 不吸潮 不产生微菌 化学性能温度 易于储藏 总结归纳起来 助焊剂应有的性能有 具一定的化学活性具有良好的热稳定性具有良好的润湿性对焊料的扩展具有良好的促进作用留存于基板的焊剂残渣 对基板无腐蚀性具有良好的清晰性氯的含有量在0 2 W W 以下 3 4焊剂 Flux的使用是为了实现更好的焊接品质 但是焊接后会留有一些Flux掺残渣 這些残渣可能会成为影响焊接可靠性的因素 a残渣造成的问题 1 Flux残渣成份和焊锡间产生化学反应 使本来绝缘的部分导通 导致绝缘不良 2 焊锡因Flux引起腐蚀 降低焊接強度 偶尔也会在受压力时引起焊接部位断裂 焊剂残渣产生的不良影响 3 4焊剂 3 Flux残渣在高溫多湿条件其绝缘性有降低倾向 这些残渣受电压电流影响 从正极有金属离子游离出来 这种现象长期作用 会在正极解析出形成线状的金属 引起点级短路 综上所述焊剂剩余物的影响有 1 基板可靠性劣化 2 对元器件的恶劣影响 3 外观不佳 4 其它 3 4焊剂 对焊剂的不良影响 可以采取什么措施 2 使用焊后可形成保护膜的助焊剂 3 使用焊后无树脂残留的助焊剂 4 使用低固含量免清洗助焊剂 5 焊接后清洗 b对应不良现象的政策 1 选用合适的助焊剂 其活化剂活性适中 3 4焊剂 3 4焊剂 新型焊剂的研发 传统有效的焊剂中含氟氯烃 CFC 1 CFC代替品的研究2 免清洗焊剂的研究3 水溶焊剂的研究 3 4焊剂 1 什么是免清洗免清洗是指在电子装联生产中采用低固态含量 无腐蚀性的助焊剂 在惰性气体环境下焊接 焊后电路板上的残留物极微 无腐蚀 且具有极高的表面绝缘电阻 SIR 一般情况下不需要清洗既能达到离子洁净度的标准 可直接进入下道工序的工艺技术 美军标MIL P 228809离子污染等级划分为 一级 1 5ugNaCl cm2无污染 二级 1 5 5 0ugNACl cm2质量高 三级 5 0 10 0ugNaCl cm2符合要求 四级 10 0ugNaCl cm2不干净 3 4焊剂 必须指出的是 免清洗 与 不清洗 是绝对不同的 个概念 所谓 不清洗 是指在电子装联生产中采用传统的松香助焊剂 RMA 或有机酸助焊剂 焊接后虽然板面留有一定的残留物 但不用清洗也能满足某些产品的质量要求 如家用电子产品 专业声视设备 低成本办公设备等产品 它们生产时通常是 不清洗 的 但绝对不是 免清洗 3 4焊剂 2 免清洗的优越性 提高经济效益 实现免清洗后 最直接的就是不必进行清洗工作 因此可以大量节约清洗人工 设备 场地 材料 水 溶剂 和能源的消耗 同时由于工艺流程的缩短 节约了工时提高了生产效率 3 4焊剂 2 免清洗的优越性 提高产品质量 由于免清洗技术的实施 要求严格控制材料的质量 如助焊剂的腐蚀性能 不允许含有卤化物 元器件和印制电路板的可焊性等 在装联过程中 需要采用一些先进的工艺手段 如喷雾法涂敷助焊剂 在惰性气体保护下焊接等 实施免清洗工艺 可避免清洗应力对焊接组件的损伤 因此免清洗对提高产品质量是极为有利的 3 4焊剂 有利于环境保护 采用免清洗技术后 可停止使用ODS物质 也大幅度地减少了挥发性有机物 VOC 的使用 从而对保护臭氧层具有积极作用 2 免清洗的优越性 3 4焊剂 免清洗材料的要求 1 免清洗助焊剂要使焊接后的PCB板面不用清洗就能达到规定的质量水平 助焊剂的选择是一个关键 通常对免清洗助焊剂有下列要求 低固态含量 2 以下传统的助焊剂有较高的固态含量 20 40 中等的固态含量 10 15 和较低的固态含量 5 10 用这些助焊剂焊接后的PCB板面留有或多或少的残留物 而免清洗助焊剂的固态含量要求低于2 而且不能含有松香 因此焊后板面基本无残留物 3 4焊剂 无腐蚀性 不含卤素 表面绝缘电阻 1 0 1011 传统的助焊剂因为有较高的固态含量 焊接后可将部分有害物质 包裹起来 隔绝与空气的接触 形成绝缘保护层 而免清洗助焊剂 由于极低的固态含量不能形成绝缘保护层 若有少量的有害成分残留在板面上 就会导致腐蚀和漏电等严重不良后果 因此 免清洗助焊剂中不允许含有卤素成分 3 4焊剂 可焊性 可焊性与腐蚀性是相互矛盾的一对指标 为了使助焊剂具有一定的消除氧化物的能力 并且在预热和焊接的整个过程中均能保持一定程度的活性 就必须包含某种酸 在免清洗助焊剂中用得最多的是非水溶性醋酸系列 配方中可能还有胺 氨和合成树脂 不同的配方会影响其活性和可靠性 不同的企业有不同的要求和内部控制指标 但必须符合焊接质量高和无腐蚀性的使用要求 助焊剂的活性通常是用pH值来衡量的 免清洗助焊剂的pH值应控制在产品规定的技术条件范围内 各生产厂家的pH值略有不同 符合环保要求 无毒 无强烈刺激性气味 基本不污染环境 操作安全 3 5胶黏剂 黏结原理SMT工艺中常用胶黏剂SMT用胶黏剂的固化与性能要求 3 5胶黏剂 黏结原理 1 化学作用 当胶黏剂和黏结面之间一旦发生接触 相互之间就受到弱的分子力的吸引 这种弱分子力叫做范得华力 任何两种材料相接处时都会产生一定的亲和力 不同材料接触时其亲和力就不同 显然两种材料的亲和力越大 其黏度就越大 其次 黏度还与表面张力有关 2 物理作用 物理作用也是影响黏结强度的主要因素 其大小取决于胶黏剂和被黏结材料的接触表面积和其表面微孔 3 5胶黏剂 胶黏剂的分类 1 按其功能分 A 结构型 具有较高的机械强度 用于把两种材料永久地黏结在一起 具有较强的承载能力 固化状态下有一定的硬度 B 非结构型 具有一定的机械强度 用于暂时连接荷重要求不大的物体 如SMD黏结在PCB上 C 密封性 无机械强度要求 用于缝隙填充 密封或封装等 一般用于两种不受荷重物体间物体之间的黏结 3 5胶黏剂 2 根据化学性质分 A 热固型 由化学反应固化形成的交联聚合物 固化之后在加热不会软化 不能重新黏结 B 热塑型 可以重新软化 重新黏结 C 弹性型 具有较大的延伸率 D 合成型 有热固型 热塑型 弹性型胶黏剂组合配制而成 3 5胶黏剂 SMT工艺中常用胶黏剂 在SMT工艺中一般采用热固型胶黏剂把SMD黏结在PCB上 主要应用的材料有环氧树脂 聚丙烯等 见书表3 21 3 5胶黏剂 SMT用胶黏剂的固化胶黏剂的固化方式有 热固化 光固化 光热双重固化和超声固化等 SMT工艺中最常用的固化方式主要有 热固化 紫外光 热固化 1 热固化 常用烘箱间断式热固化和红外炉连续式热固化两种形式 A 烘箱间断式热固化 将已用胶黏剂并贴装SMD的PCB分批放在料架上 然后一起放入恒温的烘箱中固化 通常温度设定约在150 固化时间为数分钟至数十分钟 优点 操作简便 投资小缺点 热能损耗大 固化时间长 不利于生产线流水作业 3 5胶黏剂 B 红外炉连续式热固化 也称为隧道炉固化 是胶黏剂固化最常用的方式 红外加热不仅适用胶黏剂的固化而且还可用于焊膏的再流焊 SMT工艺中一般使用将固化和再流焊焊接功能结合为一体的设备 回流焊炉 利用其不同的温区完成不同的功能 由于胶黏剂对特定的红外波长有较强的吸收能力 在红外炉中只需要较短时间即可固化 因此红外炉固化效率较高 环氧树脂胶黏剂红外炉固化曲线 3 5胶黏剂 3 5胶黏剂 2 紫外光 热固化同时使用紫外光照射和加热的方式 在连续的生产线上能非常迅速地使胶黏剂固化 紫外光的波长一般采用365nm 功率为80W cm 热固化的温度最高为 150 180 紫外光固化时间为10 30s 光热固化总时间约为3min以下 优点 速度快 耗能小 适合于大批量生产 缺点 固化过程中 氧气在紫外光的照射下 产生臭氧 对人身体有害 3 5胶黏剂 SMT对胶黏剂的性能要求 1 具有一定的黏度和良好的黏度可调节性 2 较快的固化速度和适当的固化温度 3 固化后耐温性能好 4 固化后有良好的使用性能 3 6清洗剂 清洗的作用与清洗剂的分类SMT对清洗剂的要求清洗剂的发展 3 6清洗剂 1 清洗剂的作用与清洗原理清洗是去除焊剂残渣和其它污染物 使SMT产品满足对离子杂质污染物和表面绝缘电阻的要求 需清洗的物质 A 粒状 灰尘 钎维和焊料小颗粒等 可用压力喷射和超声波等机械方法清洗 B 非极性 松香残渣和插装过程中的汗渍 油渍等 选择非极性溶剂发生化学作用进行清洗 C 极性 卤化物 酸 盐等活化剂 选择极性溶剂发生化学反应进行清洗 极性和非极性污染物是清洗的重点 3 6清洗剂 2 清洗剂的种类 常用的溶剂有 疏水溶剂 亲水溶剂 疏水 亲水混合物组成的共沸溶剂 A 疏水溶剂 不能与水混合 具有非极性特征 对离子污染物几乎没有溶解作用 但对大多数非极性或非离子的污染物有溶解作用 如松香 油渍 典型的有含卤烃溶剂 含氟烃溶剂 B 亲水溶剂 对极性污染物有去除能力 C 疏水 亲水组成的共沸溶剂 去除极性和非极性污染物 3 6清洗剂 SMT对清洗剂的要求 1 良好的稳定性 清洗剂的稳定性对于SMA的清洗可靠性非常重要 如果我们的清洗剂在使用期间发生化学反应或损坏与其接触的材料就会影响SMA可靠性 因此要求具有良好的稳定性 但是几乎所有的溶剂都会在一定程度上会与活性金属其反应并引起腐蚀 因此我们需要在清洗剂中添加抑制剂 2 良好的清洗效果和物理性能 3 良好的安全性和低损耗 3 6清洗剂 清洗剂的发展 在SMT焊接工艺中普便采用松香型焊剂 其相应的有效清洗剂是含卤烃和含氟烃 CFC 而CFC对大气臭氧层有破坏作用 因此采用新型清洗剂来代替CFC 代替CFC的清洗剂大致有 含氢氟氯烃 HCFC 半水清洗溶剂 水清洗溶剂