焊膏配方机理和使用

焊膏配方机理和使用焊膏配方机理和使用 随着再流焊技术的应用 焊膏已成为表面组装技术 SMT 中最要的工艺材料 近年 来获得飞速发展 在表面组装件的回流焊中 焊膏被用来实施表面组装元器件的引线或端点与印制板上焊 盘的连接 焊膏涂覆是表面组装技术一道关键工序 它将直接影响到表面组装件的焊接质 量和可靠性 1 焊膏的构成焊膏的构成 焊膏是一种均质混合物 由合金焊料粉 糊状焊剂焊剂和一些添加剂混合而成的具有一定 粘性和良好触变性的膏状体 在常温下 焊膏可将电子元器件初粘在既定位置 当被加热 到一定温度时 通常 1830C 随着溶剂和部分添加剂的挥发 合金粉的熔化 使被焊元器 件和焊盘连在一起 冷却形成永久连接的焊点 对焊膏的要求是具有多种涂布方式 特别 具有良好的印刷性能和再流焊性能 并在贮存时具有稳定性 2 合金焊料粉合金焊料粉 合金焊料粉是焊膏的主要成分 约占焊膏重量的 85 90 常用的合金焊料粉有以 下几种 锡 铅 Sn Pb 锡 铅 银 Sn Pb Ag 锡 铅 铋 Sn Pb Bi 等 合金焊料粉的成分和配比以及合金粉的形状 粒度和表面氧化度对焊膏的性能影响很 大 因此制造工艺较高 几种常用合金焊料粉的金属成分 熔点 Sn63Pb37 和 Sn62Pb36Ag2 其中 Sn63Pb37 的熔点为1830C 共晶状态 掺入 2 的银 以后熔点为 179 为共晶状态 它具有较好的物理特性和优良的焊接性能 且不具腐蚀 性 适用范围广 加入银可提高焊点的机械强度 合金焊料粉的形状 合金焊料粉的形状可分为球形和椭圆形 无定形 它们对焊膏性能的影响见表 1 由 此可见 球形焊料具有良好的性能 常见合金焊料粉的颗粒度为 200 325 目 对细间距印刷要求更细的金属颗粒度 合金焊料粉的表面氧化度与制造过程和形状 尺寸有关 相对而言 球状合金焊料粉的氧 化度较小 通常氧化度应控制在 0 5 以内 最好在 10 4 以下 一般 由印刷钢板或网版的开口尺寸或注射器的口径来决定 选择焊锡粉颗粒的大小和形状 不同的焊盘尺寸和元器件引脚应选用不同颗粒度的焊料粉 不能都选用小颗粒 因为小颗粒有大得多的表面积 使得焊剂在处理表面氧化时负担加重 表二为常用焊膏 Sn62Pb36Ag2 的物理特性 表 1 合金焊料粉的形状对焊膏性能的影响 球形椭圆形 粘度 小大 塌落度 大小 印刷性 范围广 尤适合较细间 距的丝网 适合漏版及较粗间距的 丝网 注射滴涂 适合不太适合 表面积 小大 氧化度 低高 焊点亮度 亮不够光亮 3 焊剂焊剂 在焊膏中 焊剂是合金焊料粉的载体 其主要的作用是清除被焊件以及合金焊料粉的 表面氧化物 使焊料迅速扩散并附着在被焊金属表面 对焊剂的要求主要有以下几点 a 焊剂与合金焊料粉要混合均匀 b 要采用高沸点溶剂 防止再流焊时产行飞溅 d 低吸湿性 防止因水蒸汽引起飞溅 e 氯离子含量低 焊剂的组成 通常 焊膏中的焊剂应包括以下几种成分 活性剂 成膜剂和胶粘剂 润湿剂 触变剂 溶剂和增稠剂以及其他各类添加剂 焊剂焊剂的活性 对焊剂的活性必须控制 活性剂量太少可能因活性差而影响焊接效果 但活性剂量太多又会引起残留量的增加 甚至使腐蚀性增强 特别 是对焊剂中的卤素含量更需严格控制 表 3 列出了三种不同的卤素含量对其性能的影响 对免清洗焊膏 焊剂中卤素含量必须小于 0 05 甚至完全不含卤素 其活性主要靠加入 有机酸来达到 表 3 不同卤素含量的焊剂 焊剂中卤素含量特性 0 4 用于 Ni 镀层合金的焊接 触变性差 残留在 PCB 上使稳定性变差 有强的腐蚀性 4 焊膏的组成及分类焊膏的组成及分类 焊膏中的合金焊料粉与焊剂的通用配比见表四 表 4 焊膏中焊料粉与焊剂的配比 成分重量比 体积比 合金焊料粉 85 9060 50 焊剂 15 1040 50 其实 根据性能要求 焊剂的重量比还可扩大至 8 20 焊膏中的焊剂的组成及 含量对塌落度 粘度和触变性等影响很大 金属含量较高 大于 90 时 可以改善焊膏的塌落度 有利于形成饱满的焊点 并 且由于焊剂量相对较少可减少焊剂残留物 有效防止焊球的出现 缺点是对印刷和焊接工 艺要求较严格 金属含量较低 小于 85 时 印刷性好 焊膏不易粘刮刀 漏版寿命长 润湿性好 此外加工较易 缺点是易塌落 易出现焊球和桥接等缺陷 对通常的再流焊工 艺 金属含量控制在 88 92 范围内 气相再流焊可控制在 85 左右 对细间距元器件 的再流焊 为避免塌落 金属含量可大于 92 焊膏的分类可以按以下几种方法 按熔点的高低分 一般高温焊膏为熔点大于 250 低温焊膏熔点小于 1500C 常用 的焊膏熔点为 1790C 1830C 成分为 Sn63Pb37 和 Sn62Pb36Ag2 按焊剂焊剂的活性分 一般可分为无活性 R 中等活性 RMA 和活性 RA 焊膏 常用的为中等活性焊膏 按清洗方式分为有机溶剂清洗型 水清洗型 半水清洗型和免清洗型焊膏 常用的一 般为免清洗型焊膏 在要求比较高的产品中可以使用需清洗的的焊膏 焊膏的应用特性 SMT 对焊膏有以下要求 应用前具有的特性 焊膏应用前需具备以下特性 具有较长的贮存寿命 在 0 100C 下保存 3 6 个月 贮存时不会发生化学变化 也不会出现焊料粉和焊剂焊剂分离的现象 并保持其粘度和粘接性不变 吸湿性小 低毒 无臭 无腐蚀性 涂布时以及回流焊预热过程中具有的特性 能采用丝网印刷 漏版印刷或注射滴涂等多种方式涂布 要具有良好的印刷性和滴涂 性 脱模性良好 能连续顺利进行涂布 不会堵塞丝网或漏版的孔眼以及注射用的管嘴 也不会溢出不必要的焊膏 有较长的工作寿命 在印刷或滴涂后通常要求能在常温下放置 12 24 小时 其性能 保持不变 在印刷或涂布后以及在再流焊预热过程中 焊膏应保持原来的形状和大小 不产生堵 塞 再流焊加热时具有的特征 良好的润湿性能 要正确选用焊剂焊剂中活性剂和润湿剂成分 以便达到润湿性能要求 不发生焊料飞溅 这主要取决于焊膏的吸水性 焊膏中溶剂的类型 沸点和用量以及 焊料粉中杂质类型和含量 形成最少量的焊球 它与诸多因素有关 既取决于焊膏中氧化物含量 合金粉的颗粒 形状及分布等因素 同时也与印刷和再流焊条件有关 再流焊后具有的特性 具有较好的焊接强度 确保不会因振动等因素出现元器件脱落 焊后残留物稳定性能好 无腐蚀 有较高的绝缘电阻 且清洗性好 焊膏的选用 焊膏的选用主要根据工艺条件 使用要求及焊膏的性能 可以参考以下几点来选用不 同的焊膏 具有优异的保存稳定性 焊膏使用和贮存的注意事顶 焊膏购买到货后 应登记到达时间 保质期 型号 并为每罐焊膏编号 焊膏应以密封形式保存在恒温 恒湿的冰箱内 温度在约为 2 10 0C 温度过高 焊剂与合金焊料粉起化学反应 使粘度上升影响其印刷性 温度过低 低于 00C 焊剂 中的松香会产生结晶现象 使焊膏形状恶化 焊膏使用时 应提前至少 2 小时从冰箱中取出 写下时间 编号 使用者 应用的产 品 并密封置于室温下 待焊膏达到室温时打开瓶盖 如果在低温下打开 容易吸收水汽 再流焊时容易产行锡珠 注意 不能把焊膏置于热风器 空调等旁边加速它的升温 焊膏开封后 应至少用搅拌机或手工搅拌 5 分钟 使焊膏中的各成分均匀 降低焊膏 的粘度 注意 用搅拌机进行搅拌时 搅拌频率要慢 大约 1 2 转 秒钟 焊膏置于漏版本上超过 30 分钟未使用时 应先用丝印机的搅拌功能搅拌后再使用 若中间间隔时间较长 应将焊膏重新放回罐中并盖紧瓶盖 再次使用应按 4 进行操作 根据印制板的幅面及焊点的多少 决定第一次加到漏版上的焊膏量 一般第一次加 200 300 克 印刷一段时间后再适当加入一点 焊膏印刷后应在 24 小时内贴装完 超过时间应把焊膏清洗后重新印刷 焊膏开封后 原则上应在当天内一次用完 超过时间使用期的焊膏绝对不能使用 从漏版上刮回的焊膏也应密封冷藏 10 焊膏印刷时间的最佳温度为 250C 30C 温度以相对湿度 60 为宜 温度过高 焊膏容易吸收水汽 在再流焊时产生锡珠 焊接不良因及解决方法 焊膏质量 印刷和再流焊等诸多因素可能引起焊接不良 据统计 大约有 70 以上的 缺陷是与焊膏印刷和再流焊过程有关 表五列出了一些常见的缺陷和解决方法 焊膏的再利用和报废 原则上 焊膏在开封后必须在一天之内用完 否则剩余的焊膏就不能再使用 但是根 据我们现在的经验 还是可以做焊膏的再利用 可以参考以下几点来使用 对于通信类高科技产品和中试项目 考虑到它们的要求较高 一般使用新焊膏 且应 该在使用期之内 对于民用产品和要求不高的简单的产品 可以使用上面产品使用剩余的焊膏 焊膏在使用之后 焊剂含量会降低 因此可以在里面加入一点焊剂可以明显改善其将 效果 使用期外的焊膏不可使用 但未开封的可以用到民用产品或要求不高的产品中 根据 需要在其中加入少许焊剂焊剂 使用期外剩的焊膏可以申请报废 报废的程序是先由操作工通知工程师 并填写焊膏报废申请单 由主任批准后即可报废 注意 报废后的焊膏应放置 在指定的容器中 不可随便当垃圾处理以免污染环境 焊锡膏的组成 分类 以及影响焊膏性能的重要参數 一 焊膏的组成 1 合金焊料粉 a 球形 b 棱形 2 活性剂 助焊剂 去除焊料粉和被焊件表面的氧化层是表面张力减小 增 加元器件引脚 和焊盘的润湿性提高焊接可靠性 3 成膜剂和胶黏剂 放置合金焊料粉进一步氧化 并具有一定的粘结作用有利 于元器件位置 的临时固定以免发生位移 4 润湿剂 增加焊膏于被焊件之间的润湿性 有利于合金焊料粉的扩展 具有 良好的可焊性 同时对焊接后的残留物的清洗有利 5 触变剂 焊膏的粘度随时间温度剪切强度等因数而发生变化的特性 6 溶剂和增稠剂 溶解活性剂 成膜剂 胶黏剂 润湿剂 触变剂以及其他添加剂 使焊剂能与合 金焊料粉均匀的混合物 7 其他添加剂 改进锡膏的抗腐蚀性 焊点的光泽度以及阻燃性等 有时还在 焊剂的配方中 加入抗腐蚀剂消光剂 光亮剂 或阻燃剂等其成份于通用焊剂基本相同 二 分类 1 焊接的活性 未活化 中度活化 全活化 2 清洗方式 有机溶剂清洗 水清洗 半水清洗以及免清洗等方式 从保护环境 的角度考虑水 清洗 半水清洗以及免清洗是发展的趋势 三 影响焊膏性能的重要参数 1 粘度 触变剂 焊膏是一种流体他具有流变性 在外力作用下能产生流动 2 密度 合金焊料粉成份 配比以及焊剂含量 焊膏的密度直观的反映出焊膏中 合金粉的组 成以及焊剂的含量 也可以作为影响焊膏性能的重要参数 3 熔点 取决于焊料粉的成份以及配比 4 合金焊料粉的形状和粘度 和表面氧化程度对焊膏性能起到关键作用 尤其 是焊料粉的形 状和颗粒度通常作为焊膏的重要参数 5 触变指数和塌落度 焊膏 作为触变性流体 触变指数是重要参数 6 工作寿命和储存寿命 工作寿命为 12 24H 判断依据为焊膏施加到 PCB 上 到贴片前的 时间为 12 24H 这个时间还和工作环境温度 湿度有很大关系 储存寿命 2 5 可以 6 个月保持 低温储存有利于防止合金氧化剂挥发延长寿 命 注意点 焊膏在使用前应会问 4H 以上否则 a 粘度达不到要求 b 吸收水份后粘度下降 焊膏的定义 由金属粉末糊状助焊剂均匀混合而成的浆料或者膏状物体 是 SMT 工艺中不可 缺少的焊接材料 在常温下具有一定的粘度 在焊接温度下随着溶剂和部分添 加剂的挥发将 被焊元器件和 PCB 焊盘连接在一起形成永久性电器连接 焊膏的特性应用 1 应用前具有的特性 a 具有较长的储存寿命 在 2 5 可以储存 3 6 个月