焊锡膏的性能与应用.pdf

3 0 上海微 电子技 术扣应 用 了 N s 一，1 前育 焊锡膏的性能与应用 北 市 所杨、青 吟蓑 发 ；如 陔 近年计算机、通讯设备、仪器仪表、家用电器向小型化、高性能、多用途发展。电子另部件 也必然小型化。因此，焊接方法及所需的焊接材料也发生变化。表 面组装技术及其所用原材 料焊锡膏也发展起来。本文介绍国内焊锡膏生产现状，材料构成及特性，焊接方法及存在 问题。相信经介绍对使 用者是有益的 对表面组装的普及和应用会有好处的。2 焊锡膏的组成 焊锡膏 由焊粉和助焊剂组成。助焊剂 含有量一般在8 1 5，助焊剂组成及 含有量，对焊锡膏的粘度，使用性能，印刷图 形形状及焊接后焊料的厚度给予影响。2 1焊粉：1)焊粉制法：焊粉生产方法一般分为气体喷吹法和高速离心法。国内一般是气体喷吹法。气体喷吹法是将已配好的焊料合金，熔化后，经一金属细孔流出，用c 、N、A r 空气作用使 其粉化的方法。此法可使焊粉呈球状或不定形状。高速离心法是将焊料合金在真空中熔化，熔融金属由一金属细孔流出落在高速旋转的园 盘上，由于离心力的作用，使金 属进行粉化的方法。此法 由于可使设备 内含氧量很少，生产粉 末形状可近似球形，粒度与形状稳定 不管那种方法生产焊料粉，都会生产粗粉和细粉，需进行分级，使焊粉处在所规定的粒度 范围。国内除个别单位用风力分级外，大部分用手工或振动筛分级。图1、图2 是气体喷吹法和 高速离心法生产焊粉装置示意图。I 舯 慢 图 1气体喷 吹法生产粉末 示意 图 暗性t 俸，蚪 蚪罐 图2 高速离心法生产粉末 示意 图 维普资讯 上 海微 电子技 术和 应 用 3 l 2 2焊粉的化学成分：焊料粉成分不同性质也不同，依用途可分下面几类。1)一般用锡铅台金：锡与铅组成的二元合金广泛应用 电子产品的焊接。含锡6 3 ，铅3 7 是共 晶焊料，熔点是 锡铅二元合金 的最低点，应用较广。2)锡铅银合金；锡铅合金中加人银，可改善合金特性。它不但能防止元器件上的银 向焊料合金中扩散，而 且可防止强度下降。常用成分S n 6 2 I P b 3 7 A g 2。3)锡银合金：锡银合金：锡银合金 具有 耐热疲 劳，润湿 性好，强度大 的特 点。一般使 S a 9 6 5 A g 5 的共晶成 分。4)锡铅铋合金：锡铅合金加人铋可降低台金的熔点。电子产品焊接有要求在低温进行，而使用低熔点台 金。常使用的台金含铋7 一 l 4 为多。2 3粉未形状：焊粉呈液态时具有较大的表面张力。粉化时，控制 含氧量，使含氧浓度 非常少，可生产 完 全球形粉末。图3、4 是焊料呈球形粉或不定形粉的放大图。2 4粉末粒度：图3 不定 形粉放大 图 图4球 形粉 放大 图 粒度可用激光一一超声波法或沉降法检查 图5 是用激光一一超声波法对粒度检查的数 据。表2 是美国 s P 一一8 l 9 规定的粉末粒度范围。焊粉粒度大小和分布对焊锡膏的性能影响很大。国内外销售的焊锡膏有1 5 0 目；2 0 0 目；2 5 0 目；3 5 0 目；4 0 0 I。焊粉粒度在一定范围内制成的焊锡膏流变性稳定，粉粒不易偏析。如印恻图形精细，要用 粒度制成的焊锡膏。2 2助焊剂：维普资讯 一3 2 上 海微 电于技 术和 应 用 衰2 s P 一8 l 9 粉末粒度分布标准 样品的重量 公称尺寸 型号 比连粒度大 的要在 1 以下 在 此范围的粒度要大于9 O 比连粒度 小的不超过 1 O l 型 1 5 O u m 1 5 O 一7 6 u m 7 6 u m 2 型 7 5 u m 7 6 4 m 4 5 u m 3 型 4 6 u m 4 5 2 m 2 O u m 4 型 3 8 u m 3 B 一2 L m 2 0 u m f 0 O 8 0 霉 6 0 乙 4。2 0 0 图5粉末 度分布 图 焊锡膏助焊剂的组成主要有树脂、活性剂、触变剂、稳定剂、界面活性剂及具有一定沸点的 溶剂所组成。助焊剂活性标准在M规格中规定R：R MA；R A 三类，J 母标准规定为A A,A：B。美国I P(一 F 8 l 8 也有具体的规定。助焊剂测试项目有表面绝缘电阻、铜镜试验、卤素试验等。最近 日 本对焊锡膏制定了新标 准(J I S Z 3 2 8 4 焊锡膏)。助焊剂试验方法J I S Z 3 1 9 7 也重新修订。3 焊锡膏的特性 3 1牯 度：焊锡膏粘度与合金粉粒度、合金粉形状，助焊剂组成有关。合金粉呈不定形，粒度细，助焊剂牯度大，崩成焊膏牯度也大。不定形焊粉比球形焊粉制 成的焊锡膏牯度也大。用球形粉制成的焊锡膏比不定形粉生产的焊锡膏一般牯度轻时间的变 化要小，可以应用在密集图形印刷。用球形粉生产的焊锡膏在定量分配器上使用吐出性稳 定。不定形粉末配制的焊锡膏塌陷性较小，牯度也较大，适合金属孔版和较粗的丝阿印刷，不 适合定量分配器使用。使用方式和印刷图形不同，选择不同外形的粉束。焊锡膏的牯度与助焊剂含量和温度也有关。温度不同焊锡膏牯度也不同。粘度是焊锡膏的主要性能，它与使用方式，焊锡膏印刷量大小，印刷图形的形状相关。为 维普资讯 上 海微 电子技 术和 应 用 一 船 获得好 的印刷性能，要选择粘度适当的焊锡膏，使在印刷过程 中不粘 网，不糊网。如印刷图形 较粗大，印刷量较多，应采用粘度较大的焊锡膏。在印刷时丝网孔眼大小与焊粉的粒度要相适应。表4 是使用方式不同选择焊锡膏粘度也 不同的参考值。从表 中可 以看 出，印刷时丝网孔愈小，需焊粉粒度愈小，焊膏粘度也愈大。3 2焊锡膏的焊接性能：表4 焊锡膏使用 的参考值 助焊剂 焊锡膏 的 使用方式 焊粉粒度 目 焊粉 的形状 参考适用范 围 含有量 牯 度万c P 8 3 2 5 一如0 球形 高精度 回路 用 定 量分 配器 1 2 1 5 l 0 1 3 2 5 0 4 0 0 不定彤 与球 形捏 合 一般 回路用 8 0 1 2 0 目丝 网 2 5 0 _ _ 3 2 5 球形不定 形 一般 回路用 l 5 0 2。0 目丝 网 3 2 5 一 O 0 1 0 1 3 混合 4 0 _ _ 加 2 0 0 目丝网 2 5 0 4 0 0 球形 高精度 回路用 金 属孔版厚 2 0 0-3 2 5 球形不定形混合 一般回路用 03 ram 下 8 一 金 属也版厚 1 5 002 6 不定形 需焊 接厚 时用 03 ram以上 焊锡膏的焊接性能一般按普通焊料的方法检验。观察熔融完了之后的扩散状态进行判 断。3 3塌边性：焊锡膏的塌边性与其粘 度，焊粉的形状，焊粉 的粒度分布，助焊剂的含有量，印刷的厚度有 关。细密的印刷图形容易塌边，部件另桥接。3 4焊接后的残 留焊粉颗粒：焊锡膏经时间粘度变化大，焊接后容易产生残留颗 粒。这主要是焊料粉表面有一层氧化 物。氧化物与劣质的助焊剂可能产生金属盐。焊锡膏存放时间较长或焊锡膏印刷在板上，放 置时间长容易发生。3 5焊锡球 焊粉呈不定形状表面氧化膜较厚。表面积比球形较大，都认为焊接后是产生焊球的原 因。实际上焊接后产生焊球的往往也有球形粉末，这主要是焊锡膏印刷后经加热，印刷图形变 化，边上球状焊粉容易滚动是生产焊球的原因。3 6残渣清洗性：焊锡膏焊接后的残渣，一般具有很好的可靠性。实质上收音机、电视机及家用电气的线路 板不需清洗。实际上，因为助焊剂残渣 中有焊锡球产生需要除去。并防止 由于助焊剂加热而 滚动，对混合集成 电路有损坏而需要洗掉。i _ l l!l 厂一一 维普资讯 上 海微 电子技 术和应 用 4 国内生产焊锡膏的品种 现国内生产焊锡膏的厂家较多，产品品种和质量差异较大。除原北京有 色金属加工厂生 产量较多，产品已在有关文章介绍外，现国内很多单位都研究生产，免清洗焊锡膏研究有的单 位也基本成功，性能良好的免洗焊锡膏产品，不久面向市场。表4 是市场销售的品种。国内产品经测定使用性能较好，粘度、焊接性、清洗性等均可达到岛口的要求。轻活化(9 8 一M)，常温保存(9 8 c H)锡膏牯度一一温度 曲线如图6。表4市塌销售的焊锡膏品种 使用方式 名称 话度等级 适 用 范 围 印刷 用 无 卤素焊锡膏 适用航用 及军用 电子设 备 轻 度话 化焊 锡膏 R MA 适用军用及专业 电予设 备 括化松香焊锡 膏 R A 适用 鹈费 品援电子设 备 常温保存焊锡 膏 R MA 适 用专业 电子设备 定量分配器 定量舟配器用焊锝膏 R MA 适台定量分配器使用 温 2 O 虚 1 0 。讳 、一 温度，2 d 2 3 3 0 M f 8 9 0 7 s s 9 8一C 6 7 6 7 9 、，7 3 目 f 9 图6 9 B M，9 8 伽 型焊锡膏 的牯 度温 度曲线 5 焊锡膏的应用 各种类型的焊锡膏国外已商品化。国内焊锡膏的生产近几年发展很快。它的应用随着印 刷机、贴片机、利佛炉等设 备大量引进，用量也加大，生产厂家也 日渐增多 但 与国外相比还存 在着差距。为扩大焊锡膏的使用，简要介绍焊锡膏的应用。4 1焊锡膏使用工艺流程：单面、双面焊接工艺流程图如下：维普资讯 单面 上 海微 电子技 术和 应 用 j 焊 锡膏在 线 路 I安装 片式 I I 板 上 印 刷 元 器 件 l 一 堡一 i-I 净 验 库 蕊I 粘 l_I 式 一 剖 卜 面：I板 A 面 印 刷 _ 结 剂 _1 元 器 析 _ 硬 化 路 式 冀 i霉 H I 人 库 板 B面 印 刷 I 1 元 器 件 l 焊 接 I I 净 f I 验 f 伴 单面板是将适量的焊锡膏放在印刷模板上印刷，焊锡膏就按板上的图形印在线路板上，将 片式元器件按装好，加热焊接，焊接好的板子进行清洗，检验合格后人库。如双面板，在A面印刷焊锡膏后，涂布粘结剜，装好片式元器件后硬化，反转，再在B 面印刷 焊锡膏，将片式元器件后，加热焊接，清洗，检验合格后人库。4 2焊锡膏使用时的操作要点及工艺参数；焊锡膏使用前予先从冰箱取出，解冻后观察表面，如表面变硬或有助焊剂浮出，应进行处 理或弃用。如完好用不锈钢器具手工艺搅拌，使其均匀然后再使用。1)印刷：用印刷机或手工印刷。用印刷机印刷按操作要求去做。手工印刷是将焊锡膏少 许放在模脾版上印刷，焊锡膏顺利过网，如粘度大可适当加点稀释剂，充分搅抖后再印刷。2)粘贴元器件：印刷合格后的基板及时粘贴元器件。用贴 片机或手式粘贴。3 j再流焊：粘贴有 元器件的基板，放在再流焊机上焊接。焊机上一般 分予热、加热、冷却 三区段。予热是除去低沸点溶剂等，加热段是焊接，冷却是将焊锡凝固。予热温度一般为1 0 0 一l 6 0，时间是三分钟以内，焊接温度一般高于焊料合金熔点温度2 0 5 0 C，耐 间是3 0 秒以 内。冷凝时愈快愈好。4)清洗：可用气相清洗机或超声振荡清洗机清洗。也可用人工清洗。焊接好的线路板经检验合格人库。6 结束语 表面组装再流焊是先进焊接方法，它可使组装体积小，装联密度高，可靠性好被广泛应用，作用焊锡膏在品种质量等方面，必须随表面组装的高要求不断发展。国内同行应协力合作，满 足市场对品种质 量的高要求。参考资料：(略)，维普资讯