电子辅料的选择与使用

电子辅料的选择与使用电子辅料的选择与使用 1 第一章第一章 引引 言言 1 1 电子辅料的定义 范围电子辅料的定义 范围 电子工业所使用的材料种类非常多 但主要包括两大类 一 电子设备 仪器仪表以及元器件等所用的主要组成材料 比如 半导体材料 陶瓷材 料 传感器材料等等 这类材料通常叫电子专用材料 通称电子材料电子材料 二 另一大类材料则主要是电子装配工艺所用的辅助材料辅助材料 这类材料一般用量差别很大 比如用量特别大的焊料 助焊剂 胶 清洗剂等 也有用量较少的润滑油 油墨等 这里我们要讨论或学习的主要是第二类材料 即所谓的电子辅助材料 并且主要包括 用量大 且对电子产品的质量与可靠性影响大的主要的几种产品 电子焊料 助焊剂等 1 2 电子辅料与电子产品的质量与可靠性电子辅料与电子产品的质量与可靠性 随着电子信息产业的蓬勃发展 服务于电子组装与加工的电子辅助材料的需求也急剧 增长 其中最主要且用量很大的就是助焊剂 焊锡丝 焊锡条以及焊锡膏 这些材料的质 量好坏与否对电子产品的质量与可靠性有着及其重要的影响 我们在多年的电子辅料的产 品检测与电子产品的失效分析中发现 许多电子产品的早期组装失效中 极大部分都是由 于这些电子辅料的使用不当或辅料本身的质量指标不符合要求造成的 这案例非常多 当 然还有一部分是产品设计缺陷 制造流程控制等原因的不足引起的 第二章第二章 助助 焊焊 剂剂 助焊剂是一种促进焊接的化学物质 其作用主要是去除待焊接面的氧化物 改善焊料 对被焊接面的润湿 从而形成良好的焊接连接 助焊剂的质量和其与工艺的兼容性对良好 焊点的形成有着极其重要影响 因此 必须仔细分析产品的组成结构与技术指标 深入理 解其对焊接工艺带来的影响 才能决定选用好助焊剂产品 同时也才能尽快准确地分析焊 接失效问题 找到解决焊接不良的办法 以便工艺生产连续顺利的进行 2 2 1 1焊剂的成份组成焊剂的成份组成 助焊剂种类繁多 但其成份一般可包括 保护剂 活化剂 扩散剂和溶剂 有的还可 以添加缓蚀剂或消光剂 1 保护剂 2 保护剂覆盖在焊接部位 在焊接过程中起到防止氧化作用的物质 焊接完成后 能 形成一层保护膜 常用松香作保护剂 也可添加少量的高分子成膜物质 如酚醛树脂 改 性丙烯酸树脂等 但会造成清洗困难 2 活化剂 焊剂去除氧化物的能力主要依靠酸对氧化物的溶解作用 这种作用由活化剂来完成 活化剂通常选用分子量大 并具有一定热稳定性的有机酸 活性剂含量增加 可以提高助 焊性能 但腐蚀性也会增强 因此 活化剂含量一般控制在 1 5 最多不能超过 10 3 扩散剂 扩散剂可以改善焊剂的流动性和润湿性 其作用是降低焊剂的表面张力 并引导焊 料向四周扩散 从而形成光滑的焊点 常用甘油 丙三醇 作为扩散剂 含量控制在 1 以下 4 溶剂 溶剂的作用是将松香 活化剂 扩散剂等物质溶解 配置成液态焊剂 通常采用乙 醇 异丙醇等 2 2 2 2 助焊剂的作用原理助焊剂的作用原理 2 2 12 2 1 助焊剂的化学作用助焊剂的化学作用 焊剂的化学作用主要表现在达到焊接温度前能充分地使金属表面的氧化物还原或置换 形成新的金属盐类化合物 下面以常用的焊剂 松香为例 说明焊剂的化学作用 松香是典型的有机酸类焊剂 其主要成份是松香酸 约占 80 松香酸在 170 活 性表现得比较充分 如在进行铜或铜合金焊接时 氧化铜和松香酸在加热条件下 生成松 香酸铜 金属盐 而松香酸铜受热分解 除生成活性铜外 还可以重新聚合成松香酸 生 成的活性铜可与熔融焊料中的锡金属反应 生成铜锡合金 从而达到焊接的目的 其他一切有机酸的化学反应与上述反应类似 则一切有机酸和金属氧化物反应 所生成 的金属盐和熔融焊料反应 控制着焊料和被焊金属的润湿性 也表明焊剂去除氧化物的能 力 2 2 22 2 2 助焊剂的物理作用助焊剂的物理作用 焊剂的物理作用主要表现在两个方面 其一 改善电烙铁焊接时的热传导作用 因为 焊接时烙铁头和被焊金属的接触不可能是平整的 它们之间包裹的空气起到隔热物质的作 用 施加焊剂后 焊剂填充空隙 使焊料和被焊金属迅速加热 提高了热传导性 缩短焊 3 接时间 其二 施加焊剂能减小熔融焊料的表面张力 如共晶焊料的表面张力为 49Pa 用 松香焊剂后 焊料的表面张力可降到 39Pa 而用氯化锌焊剂 表面张力可降到 33 1Pa 2 3 助焊剂的主要性能指标助焊剂的主要性能指标 电子焊接使用的助焊剂的主要性能指标有 外观 物理稳定性 密度 粘度 固体含 量 不挥发物含量 可焊性 以扩展率或润湿力表示 卤素含量 水萃取液电阻率 铜 镜腐蚀性 铜板腐蚀性 表面绝缘电阻 酸值等 下面简要地对这些技术指标进行解析 以方便根据这些指标分析产品性能的优劣 一一 外观外观 助焊剂外观首先必须均匀 液体焊剂还需透明 任何异物或分层的存在均会 造成焊接缺陷 二二 物理稳定性 物理稳定性 通常要求在一定的温度环境 一般 5 45 下 产品能稳定存在 否则在炎热的夏天或严寒天气就不能正常使用 三三 密度与粘度 密度与粘度 这是工艺选择与控制参数 必须有参考的数据 太高的粘度将使该 产品使用带来困难 四四 固体含量 不挥发物含量 固体含量 不挥发物含量 表示的是焊剂中的非溶剂部分 实际上它与不挥发 物含量意义不同 数值也有差异 后者是从测试的角度讲的 它与焊接后残留量有一 定的对应关系 但并非唯一 五五 可焊性 可焊性 指标也非常关键 它表示的是助焊效果 如果以扩展率来表示 孤立的 讲它是越大越好 但腐蚀性也会越来越大 因此为了保证焊后良好的可靠性 扩展率 一般在 80 92 间 六六 卤素含量 卤素含量 将含卤素卤素 F Cl Br I 的活性剂加入助焊剂可以显著的提高其可焊 性 改善焊接效果 但如果含量过多则会带来一系列的腐蚀问题 例如焊接后卤素残 留多时会造成焊点发黑 并循环腐蚀焊点中的铅产生白色粉末 因此其含量也是一个 非常主要的技术指标 它是以离子氯的含量来表示的离子性的氯 溴 碘的总和 由 于检测标准不同可能有不同的表示含义 比如现行的 IPC 标准则是以焊剂中的固体部 分作分母 由于固体部分 即不挥发物含量 通常只占液体焊剂的 10 以下 因此它 的表示值看起来通常较大 而 GB 或旧的 JIS 日本工业标准 标准则以整个焊剂的质 量做分母 其值就相对较小 七七 水萃取液电阻率 水萃取液电阻率 该指标反映的是焊剂中的导电离子的含量水平 阻值越小离子 含量越多 焊后对电性能的影响越大 目前按照树脂型焊剂的标准要求 低固态或有 机酸型焊剂大多达不到 A 类产品 JIS Z 3283 86 和 GB9491 88 规定的 RMA 类型 产品的要求 随着助焊剂向低固态免清洗方向发展 因此最新的 ANSI J STD 004 标准 已经放弃该指标 但在表面绝缘电阻一项指标里加严了要求 八八 腐蚀性 腐蚀性 助焊剂由于其可焊性的要求 必然会给 PCB 或焊点带来一定的腐蚀性 4 为了衡量腐蚀性的大小 各种标准均规定了腐蚀性的测量方法 其中铜镜腐蚀铜镜腐蚀是测试 使用时当时的腐蚀性大小 铜板腐蚀铜板腐蚀测试反映的是焊后残留物的腐蚀性大小 指示的 是可靠性指标 因此各有侧重 对有高质量和可靠性要求的电子产品 必须进行该项 测试 并且其环境试验时间需 10 天 一般 7 10 天 九九 表面绝缘电阻 表面绝缘电阻 一个最重要的指标就是表面绝缘电阻 SIR 各标准对助焊剂的 焊前焊后的 SIR 均有严格的要求 因为对用其组装的电子产品的电性能影响极大 严 重的可造成信号紊乱 不能正常工作 按 GB 或 JIS 标准的要求 SIR 最低不能小于 1010 而 J STD 004 则要求 SIR 最低不能小于 108 由于试验方法不同 这两个要求 的数值间没有可比性 对于某些产品而然 其要求会更高 2 4 助焊剂的有关标准助焊剂的有关标准 在 1995 年制定 J STD 004 Requirements for Soldering Fluxes 标准以前 国内外已经有 许多助焊剂的标准 技术要求和试验方法 例如 GB9491 88 JIS Z3197 86 QQ S 571 MIL F 14256 以及 IPC SF 818 等 此外还有适用于焊锡 丝树脂芯焊剂的 GB3131 88 与 JIS Z3283 86 等 这些标准大多数是 80 年代制定的 有 些适用范围比较窄 比如国标 GB9491 88 是早期对松香型焊剂的要求标准 现在已不能适 应助焊剂发展的需求 如该标准中有规定固体含量 不挥发物含量 必须大于 15 这类令人 无所适从的要求等 为了适应电子工艺的发展 助焊剂也朝低残留 免清洗的方向发展 于是国内曾经出现免洗型焊剂的试行标准 但该标准存在明显的缺陷 比如给免洗焊剂的 概念规定了如固体含量 离子污染值 该参数与助焊剂使用的工艺条件 PCB 等有关 并非 为助焊剂所特有的指标 等具体的技术指标 因此 根据我们长期从事助焊剂检测与研发的 经验和分析 J STD 004 是目前最适用的标准 但必须熟悉该标准的有关要求以便更好 地根据该标准选择焊剂 2 5 J STD 004 的特点与技术要求的特点与技术要求 2 5 1 助焊剂的分类助焊剂的分类 J STD 004 J STD 004 标准几乎包括了所有类型的焊剂 对于 J STD 004 而言 没有不合 格的助焊剂产品 仅仅类别不同而已 这就给焊剂的选用造成一定的困难 所以用户必须 首先熟悉该标准的分类方法以及每类产品的技术特点 然后根据自己的情况做出最佳的选 择 J STD 004 将所有焊剂分成 24 个类别 涵盖了目前所有的焊剂类型 首先 该标准 根据助焊剂的主要组成材料将其分成四大类 松香型 Rosin RO 树脂型 Resin RE 有机酸型 Organic OR 无机型 Inorganic IN 括号中的缩写字母为代号 其次 根据 5 铜镜试验的结果将焊剂的活性水平划分为三级 L 表示焊剂 焊剂残留物的活性低或无活性 M 表示焊剂 焊剂残留物活性中等 H 表示焊剂 焊剂残留物高活性 再根据焊剂中有无卤 素进一步细分为 L0 L1 M0 M1 H0 H1 其中 0 表示无卤素 1 表示有卤素 助焊剂 的分类如表 1 所示 表表 1 J STD 004 对助焊剂的分类对助焊剂的分类 焊剂 主要 组成材料 Flux Materials of Composition 焊剂活性水平 卤素含量 焊剂类型 FluxActivity Levels Halide Flux Type 焊剂标识 代号 Flux Designator Low 0 0 L0ROL0 Low 2 0 H1ROH1 Low 0 0 L0REL0 Low 2 0 H1REH1 Low 0 0 L0ORL0 Low 2 0 H1ORH1 Low 0 0 L0INL0 Low 2 0 H1INH1 表中各种分类是以焊剂中固体部分的主要组成为依据的 比如焊剂的固体部分中以有 机酸为主 则该焊剂类型用 OR 表示 表中第二列为焊剂的活性水平与焊剂类型 第三列 则是焊剂的标识 例如 ROL1 焊剂表示该焊剂为松香型 低活性 卤素含量低于 0 5 值 得注意的是 该标准的卤素含量表示方法与以前其他标准形式一样但含义不同 这是由于 测试方法不同所造成的 本标准引用的测试方法基本来自 IPC TM 650 其卤素含量是 指卤素占焊剂固体部分的含量 旧标准比如 GB9491 或 JIS Z3197 86 等则是指卤素占整个 6 焊剂的含量 因此 用 J STD 004 标准规定的卤素含量常常比旧标准的规定高得多 它 们之间无法直接进行比较 根据以上分类 则大部分旧标准中的 RMA 焊剂相当于 J STD 004 规定的 ROL1 类型焊剂 许多低固态免洗焊剂属于 ORM0 有机酸 中等活性 无卤素 类型焊剂 而大部分水溶性膏状焊剂则属于 ORH0 类型焊剂 2 5 2 活性分类与测试要求活性分类与测试要求 表 2 则是 J STD 004 规定的焊剂活性分类的检测技术要求 同时也是当用户或供 应商指定焊剂标识或类型后检测合格与否的基本依据 例如 对于表面绝缘电 SIR L0 或 L1 均要求焊接后 清洗和未清洗 应大于 100M 而 H 类型产品则要求清洗后达到该 要求 此外 该标准与以前其他标准的明显不同是 对水萃取液电阻率没有具体的规定 笔 者认为可能是本标准的 SIR 表面绝缘电阻 测试方法 在 85 85 RH DC50V 下 168h 后 直接在该环境下测试 非常严格 其中包含了水萃取液电阻率测试的目的与要求的缘故 同 时 根据笔者对大量测试数据的分析发现 除了松香含量较高的部分松香性产品外 很少 有其他样品能达到原来标准规定的基本要求 如 RMA 型需大于 5 104 cm 所以 去掉 该项要求是合理的 也适应了焊剂发展的需要 此外 J STD 004 规定的 SIR 的合格值 与一些旧标准规定的合格值 如 RMA 1011 相比小了很多 这是由于 J 标准引用的测 试方法基本上来自 IPC TM 650 后者的测试条件与旧标准比起来严酷得多 新旧标准 之间的 SIR 值大小没有可比性 表表 2 焊剂活性分类的测试要求焊剂活性分类的测试要求 卤素含量 定性 卤素含量 定量 焊剂 类型 铜镜试验 铬酸银试 验 Cl Br 含氟点测 试 F Cl Br F 腐蚀试验 SIR 必须大于 100M 的条 件 L0通过通过0 0 L1 铜镜无穿透现 象通过通过 0 5 无腐蚀清洗与未清洗 M0通过通过0 0 M1 铜镜穿透性腐 蚀面积50 不通过不通过 2 0 较重腐蚀清 洗 2 6 焊剂的选择焊剂的选择 2 6 1 J 标准与传统标准的焊剂类型性能比较标准与传统标准的焊剂类型性能比较 为了更好地选择适合自己的焊剂 我们对传统的焊剂分类方法划分的焊剂类型与 J STD 004 规定的 L M H 各类型焊剂进行比较分析 以便给用户一个更清晰的轮廓 表 3 就是它们之间的分类比较表 由表中可看出 一个低固态免清洗焊剂可能是 L1 类型 焊剂也可能是 M0 类型焊剂 有些工艺线可以用 REL1 类型的低固态免洗焊剂产品 而有 7 些则不能用 ORL1 的低固态免洗类型 显然 J STD 004 的分类更具有广泛性 用活性与 腐蚀性与卤素含量及主要材质来细分焊剂类型 更有利于用户根据自己产品实际情况的选 择使用 表表 3 传统焊剂的分类与传统焊剂的分类与 J STD 004 的分类比较的分类比较 序号J STD 004 分类与之相当的传统焊剂分类 1所有 R 类型焊剂 2一些低固态 免洗 型焊剂 3 L0 类型焊剂 一些 RMA 类型焊剂 4大部分 RMA 5 L1 类型焊剂 一些 RA 类型 6一些 RA 类型 7 M0 类型焊剂 一些低固态 免洗 型焊剂 大部分 RA 类型焊剂8M1 类型焊剂 一些 RSA 类型焊剂 9H0 类型焊剂一些水溶性焊剂 10一些 RSA 类型焊剂 11 H1 类型焊剂 大部分水溶性焊剂与合成活化焊剂 2 6 2 消费类电子产品的一般分类方法消费类电子产品的一般分类方法 我们借用另一个 J 标准 即 J STD 001C 电气焊接与电子装配的技术要求 中规定 的有关终端电子产品的分类方法 该标准根据主要功能或性能的要求将电子产品分成三大 类 第一类 Class 1 为通用电子产品 主要是普通的消费类电子产品 如收录机 收音机 等 第二类 Class 2 为所谓专门 耐用消费类电子产品 包括对性能与寿命均有一定要求 但并非十分严格的产品 这类产品要求在典型的使用环境条件下不能出现早期失效情况 例如计算机 通讯产品与一些汽车电子产品等 第三类 Class 3 则是高性能要求的电子产 品 包括那些需连续高性能和恶劣的环境条件下使用 但在寿命期内又不能出现失效现象 的电子产品 例如军事用途产品 航空航天电子产品以及用于救生系统的电子产品等 2 6 3 助焊剂的选用助焊剂的选用 虽然 J STD 001B 规定电子电气焊接工艺中的焊剂必须符合 J STD 004 的要求 但没有给出如何从 24 种焊剂类型中选用焊剂的指导意见 仅仅规定了第三类电子产品的焊 接装配线只能选用 ROL0 ROL1 REL0 REL1 以及 ORL0 类型焊剂 ORL1 类型的焊剂 不能用于免清洗焊接工艺的要求 因此只有选定焊剂类型后 各项指标的要求才能具体化 和便于操作 首先 助焊剂用户必须自我决定焊接装配产品的类别 然后 我们再根据长 期进行电子产品失效分析与焊剂检测的经验 向用户推荐根据表 4 来选择的助焊剂产品 值得注意的是 电子装配焊接工艺中一般不用无机焊剂 否则极易出现腐蚀与漏电现象 造成电子产品早期失效 表表 4 不同类型产品和工艺可供选择的助焊剂类型不同类型产品和工艺可供选择的助焊剂类型 8 焊接后的清洗工艺中可用的焊剂类型焊接后的免清洗工艺中可用的焊剂类型电子产 品类别 Rosin RO Resin RE Organic OR Rosin RO Resin RE Organic OR 1L0 L1 M0 M1 H0 H1L0 L1 M0 M1 L0 L1 M0 M1 L0 M0 2L0 L1 M0 M1L0 L1 M0 L0 L1 M0 L0 M0 3L0 L1L0 L1L0 L1L0 表 4 所给出的建议反映的是一般情况 即按表 4 的分类进行助焊剂产品的选用时 在 通常条件下不会出现焊接或产品质量与可靠性问题 如果采取必要的措施后能保证满足焊 接和产品质量的要求 也可作出其它选择 例如第二类产品也可使用水溶性的 H0 焊剂 只要能保证焊接和清洗后无相关的质量问题即可 J STD 001B 对第三类电子产品规定 其免清洗工艺装配不能使用 ORL1 类型焊剂是有道理的 这是因为 如果不用树脂或松香 覆盖卤素残留物 就有潜在的腐蚀性 即使这种残留物只有一点点 所以免清洗焊剂是相 对的 是对一定的电子产品而言的 要专门制定一个免清洗焊剂标准意义不大 比如要求 免清洗焊剂的固体含量低于 2 就更没有理论依据和实际意义 倒不如直接采用 J STD 004 标准的做法 将焊剂分成 24 种类别 根据自己的电子产品的分类或要求来选 用适合的助焊剂 但是在作出选择时需要一定的经验 因此建议按表 4 的方法选用焊剂 当焊剂类型确认以后 委托有能力的 独立的第三方机构进行测试 鉴定该种产品是 否符合所选定焊剂类型的技术要求 合格后方可进行试用 并经焊接质量与可靠性测试合 格后 方可初步确认供应商及其助焊剂产品 这是所谓 技术采购 的基本步骤 当然技 术采购还包括供应商的供货能力与品质保证方面的认证等等 2 7 助焊剂选用的其它考量助焊剂选用的其它考量 上述方法并非尽善尽美 当上面所说的选用方法和步骤不能满足所有要求时 需要做 些其它的考量和补充 比如焊剂还可按焊接后焊点的外观来分类 分成光亮型和消光型 有些 PCBA 的版面较大 焊点很多 为了易于检查焊点的外观质量 通常选用能消光的助 焊剂 此外 焊剂的使用还受所用设备的影响 例如 如果使用焊剂的方式用喷雾的方法 则不能用固体含量过高的焊剂 否则极易造成喷嘴的堵塞 以致喷雾量下降 最后影响焊 接效果 相反 施加助焊剂使用发泡法的设备 如果使用的助焊剂的固体含量太低 则会 影响发泡的效果 使得要焊接的 PCB 版面助焊剂喷涂不均匀 最后也会影响焊接质量 9 所以 助焊剂的选择与使用的一般步骤为 所以 助焊剂的选择与使用的一般步骤为 一 所需装配的电子产品的类别确定 二 根据本文表 4 的方法初步确认所用助焊剂的类型 三 结合本文 2 5 款进行全面的考量进一步选定助焊剂的类型 四 客观抽样委托第三方机构进行检测评价 五 工艺试用试验 对焊接质量进行评估 六 六 应商供货能力与品质保证措施现场认证 第三章第三章 焊焊 料料 10 3 2 焊料的杂质含量焊料的杂质含量 11 3 3 锡渣来源与控制锡渣来源与控制 此外 焊料的抗氧化能力也是人们常常容易忽视的重要指标 抗氧化能力强的焊料使 用时产生的锡渣就少 这样一方面可以节约成本 另一方面 还可减少锡渣带来的对 PCBA 的沾污 该沾污可能导致产品的电性能不良 这种抗氧化能力可以用在一定条件下 单位时间内产生的锡渣的量来表示 锡渣的主要来源锡渣的主要来源 一 焊料的氧化 焊料在焊接时温度较高 不断流动的焊料表面与空气中氧气反应产生 焊料中某些杂质过量也会使氧化加剧 锡渣量加大 二 助焊剂残留物反应 助焊剂残留物与焊料的反应产生的化合物以及其吸附的焊料 锡渣的控制主要采用锡渣的控制主要采用 12 一 降低焊料中杂质的含量 尤其是锌与铝的含量 二 在焊料中添加抗氧化材料 比如 Ga P 等 三 降低所用助焊剂中的固体含量或尽可能采用底固体含量底助焊剂 四 尽可能增加预热时间或温度 使助焊剂的活性充分发挥 五 保证焊接效果的情况下 减少助焊剂的喷涂量 六 保证焊接效果的情况下 降低锡炉的使用温度 七 在锡炉表面使用防氧化油或使用锡渣清除剂 3 4 焊料 焊锡条 的选用焊料 焊锡条 的选用 焊料的选择与使用对焊点的质量与可靠性有很大的影响 一般根据组装的电子产品的 档次或质量要求来结合焊料的特性来确定 做到既满足使用要求又节约成本 因为锡的含 量越高价格越贵 一般可按表 7 的经验来确定所使用的焊料规格 同时还需注意严格控制 各种有害杂质的含量 产品经按标准检验合格后 再试用观察或测量锡渣产生量 选择抗 氧化能力强的 主成份与杂质均满足要求的焊料进行使用 表 7 1 铸造锡铅焊料熔化温度 相对密度 应用说明 GB8012 2000 熔化温度范围 代号 固相线 约液相线 约 相对 密度 选择应用说明 90A1832157 4邮电 电气 仪器高温焊接用 70A1831928 1专门焊料 焊接锌和镀层金属 63AA1831838 4 63A1831838 4 60A1831908 5 55A1832038 7 电子 电气 印刷线路 波峰焊用 50A1832158 9 45A1832219 1 40A1852359 3 35A1852459 5 电子 电气一般焊接 机械 器具焊接 散热浸 焊 电缆接头用 30A1852559 7 25A1852679 9 20A18527910 2 10A26830110 7 机械制造焊接 灯泡焊接 2A32032511 2散热器芯片焊接 13 表 7 2 铸造锡铅焊料熔化温度 相对密度 应用说明 GB8012 2000 熔化温度范围 代号 固相线液相线 相对密 度 应用说明 63 B1831838 4 60B1831908 5 50B1832168 9 45B1832249 1 40B1852359 3 35B1852459 5 30B1852559 7 25B1852679 9 20B18527910 2 机械 电器电焊 镀锡 电缆 家用电器 焊接 白铁工艺焊接 60C1831908 5 55C1832038 7 50C1832168 9 45C1832249 1 40C1852259 3 35C1852359 5 30C1852509 7 25C1852609 9 20C18527010 2 机械电器焊接 冷却机械 润滑机械 制造用 铜及铜合金 白铁工艺焊接 从技术的角度考量 焊料选用的基本原则与步骤如下 从技术的角度考量 焊料选用的基本原则与步骤如下 一 了解所需组装的产品的要求 弄清产品的档次或质量要求 焊点强度以及熔点温 度 二 根据表 7 选择焊料的规格 三 取样委托第三方按标准检测 主要鉴别主成份以及杂质元素的含量 四 试用 测量锡渣的产生量 五 认证供应商的供应能力以及品质保证能力 六 确认所需应用的焊料产品 第四章第四章 焊锡丝焊锡丝 4 1 定义定义 焊锡丝是一种线状焊料 一般线内都带有树脂芯助焊剂 实际上是助焊剂与焊料复合 14 的一种特殊的焊料 也有不带助焊剂的 一般依靠压力加工成型生产 主要用在各种手工 焊接或自动焊接后的补焊上 本章主要讨论用量最大的带有树脂芯助焊剂的焊锡丝 4 2 产品分类产品分类 产品根据不同的形状 大小 助焊剂类型 焊料合金的比例等指标分类 同时还根 据焊料合金中杂质的含量水平将产品分成三个级别 具体情况如下 按结构分类按大小分类按焊剂含量分类按树脂芯活性分类按金属杂质分级 单芯焊锡丝 三芯焊锡丝 五芯焊锡丝 0 3 0 8 0 8 2 5 2 5 6 0 I 1 0 0 80 1 5 II 2 0 1 5 2 6 II 3 0 2 6 3 9 R AA RMA A RA B AA S A A B B 此外 焊料部分仍然按第三章进行分类表示 树脂芯焊剂部分也可按第二章的要求 和方法进行分类和选用 4 3 标准与性能指标标准与性能指标 目前采用的标准主要有国家标准 GB3131 2001 日本工业标准 JIS z3282 99 JIS Z3283 99 此前日本工业标准还有 86 年版的 国标有 88 年版的 美国国家标准或 IPC 标 准则将焊锡丝分成焊料部分与焊剂部分 分别依据 J STD 006 与 J STD 004 没有单独的 焊锡丝标准 因此 树脂芯焊剂与焊料合金部分的性能指标可分别参考第二 第三章 在 此不再重复 这主要介绍一个焊锡丝特有的且十分重要的一个指标 喷溅量测试 参考 IPC 标准 喷溅量反映的是焊锡丝在使用过程中助焊剂喷射到 焊点周围的比例 比例越大说明树脂芯助焊剂的稳定性较差或电烙铁的温度过高 一定条 件下 喷溅的助焊剂残留在 PCB 可引起绝缘性下降等问题 其具体的测量方法在另外的一 门课程 电子辅料的检测技术 中将有详细介绍 4 4 焊锡丝的选用焊锡丝的选用 为达到良好的焊接可靠性 焊锡丝的选用可依照下面的顺序进行 一 根据要焊接的产品的要求选定焊料合金部分的规格 可参考表 8 进行 二 可按第二章的方法对树脂芯焊剂的类型规格选定 也可参考表 9 进行 三 焊锡丝线径的大小选定可按表 10 选定 15 四 树脂芯焊剂的含量一般选用二类 2 免清洗的可选一类 1 被焊接 对象的可焊性及其不好时 方选用三类 3 五 选定各类指标后 选用检测合格的产品 六 试用 此时还需考虑的因素有 烟雾气味大小 喷溅量大小等 表表 9 树脂芯焊剂类型选用指引树脂芯焊剂类型选用指引 类型代号类型说明选用指南 R AA 纯树脂基助焊剂适用于微电子 无线电装配线的电子焊接 用于 对腐蚀性及绝缘电阻等有特别严格要求的场合 RMA A 中等活性脂基助焊剂适用对绝缘电阻要求较高的于无线或有线仪器仪 表 主要是二类或部分三类电子产品 RA B 活性脂基助焊剂主要三类电子产品 要求高效率焊接的产品 表表 8 焊锡丝焊料 压力成型 的物理性能以及选用指引焊锡丝焊料 压力成型 的物理性能以及选用指引 GB3131 2001 牌号固相线 液相线 电阻率主要用途 S Sn95Pb 183224 S Sn90Pb 183215 电气 电子工业 耐高温器件 S Sn65Pb 1831860 122 S Sn63Pb 1831830 141 S Sn60Pb S Sn60PbSb 1831900 145 电气 电子工业 印刷线路 微型 技术 航空工业及镀层金属的 软钎焊 S Sn55Pb 1832030 160 S Sn50Pb S Sn50Pbsb 1832150 181 S Sn45Pb 183227 普通电气 电子工业 电视机 收 录机共用天线 石英钟 航空 微 连接 S Sn40Pb S Sn40PbSb 1832380 170 S Sn35Pb183248 板金 铅管软钎焊 电缆线 换热 器金属器材 辐射体 制罐等的 软钎焊 16 S Sn30Pb S Sn30PbSb 1832580 182 S Sn25PbSb 1832600 196 S Sn20Pb S Sn18PbSb 1832790 220 灯泡 冷却机制造 板金 铅管 S Sn10Pb2683010 198 S Sn5Pb300314 S Sn2Pb316322 板金 锅炉用及其它高温用 S Sn50PbCd 145145 轴瓦 陶瓷的烘烤软钎焊 热切割 分 级软钎焊及其它低温软钎焊 S Sn5PbAg296301 电气工业 高温工作条件 S Sn63PbAg 1831830 120 同 S Sn63Pb 但焊点质量等诸 方面优于 S Sn63Pb S Sn40PbSbP 1832380 170 S Sn60PbSbP 1831900 145 用于对抗氧化有较高要求的 场合 第五章第五章 焊焊 锡锡 膏膏 5 1 焊锡膏的定义焊锡膏的定义 焊锡膏是 SMT 工艺专用材料 主要由焊料合金粉末与膏状助焊剂组成 在 SMT 工艺 中 焊锡膏具有三大功能 一 提供形成焊接点的焊料 二 提供促进润湿和清洁表面的助焊剂 三 在焊料热熔前使元器件固定 5 25 2 焊锡膏组成焊锡膏组成 焊锡膏主要由焊料合金粉末与膏状助焊剂组成 下面简单介绍组成情况 17 一 焊料粉末 焊料粉末是焊膏的 心脏 它是在惰性环境里由雾化熔融焊料制备而成的 有两种最 普遍地雾化方法 气体雾化和离心雾化 气体雾化是用高压惰性气体橫向吹入熔融的焊料 液流 气流把焊料粉碎成微小球粒 迅速冷却掉入容器里 离心雾化 熔融焊料掉进一个 高速转动的盘中 焊料被粉碎成细小颗粒 冷却后收集到容器中 这两种方法均可得到球 状的粉末 主要的性能指标 1 氧化物含量 电子级焊料合金必须无任何污染 这些污染会降低它的特性 焊料的氧化也属于一种 严重的污染 它会导致一系列的问题 包括降低可焊性 使邻近焊盘之间桥接 形成焊料 球等问题 为减少氧化的形成 必须严格控制粉末的制造过程 粉末在加工过程 贮存过 程直到膏体过程均应在惰性气氛中进行 一般认为氧化物含 0 5 以上就不能采用 一项研究测定了氧化百分比含量对产生焊 料球百分含量的影响 结果发现甚至当氧化物含量达 0 5 时 焊料球百分含量就相当大 焊膏的制造厂家至少要保证 他生产的焊膏氧化物含量在 0 003 以下 推荐的规范极限 值为 0 15 2 颗粒的形状 丝网印刷或注射式布膏 要求粉末粒子的形状最好是球状或接近球状 球形在一定体 积的情况下具有最小的表面积 其氧化的机率也就小了 细长的或不规则的粒子 很可能 是印刷的障碍 现在的国际标准要求焊锡膏中锡粉的球形粒子数的比例要大于 90 有人提倡使用含有一定百分比非球形粒子 以减少焊膏的 塌陷 和小间隙焊盘之间 的桥连 这种主张认为这些粒子具有一内部止动作用 可以阻止在热熔过程中焊剂熔化时 粉末粒子的流散 但是很少有市场上提供焊膏吸取这一概念 多数制造厂家在减少 塌陷 的手段上 是合适地选用流变调节剂 二 膏状助焊剂 助焊剂中一般包括树脂 触变剂 流变调节剂 溶剂 活性剂 抗氧化剂等 下面仅 简单介绍一下触变剂与溶剂的作用 1 流变调节剂 流变调节剂也称粘度控制剂 它用来使之获得合适的焊膏粘度与沉积特性 用于网 印布膏 选择调节剂必须是促进可印性 减少 塌陷 在重复印刷周期中 焊料粉末不会 18 从焊剂中分离出来 若是焊膏由注射式涂分 那么流变调节剂必须起到防止堵塞注射的作 用 同时最小可能产生 挂珠 Stringing 现象 所谓 挂珠 现象是注射嘴在焊盘表 面分离不利索而把部分粘在咀上的焊膏丝带到一个焊盘上 2 溶剂 所加的多数溶剂是作为焊剂活性剂的媒体 同时可以改善焊膏的贮存寿命 这些挥发 性组合必须是低毒性 高闪点的物质 另外在焊膏干燥的工序中 溶剂也要求能全挥发掉 不致产生溅射的现象 焊膏里任何残留的焊剂在热熔操作时均会强烈地沸腾 使之将焊料 粒子散射在电路板上 5 3 性能指标与技术要求 标准 性能指标与技术要求 标准 目前焊锡膏的标准一般均采用美国联合工业标准 J STD 005 Reqiurements for Solder Pastes 主要的性能指标包括 坍塌性能 润湿性 锡珠试验 腐蚀性 粘度 金属含量 工作寿命 贮存寿命等 一 金属 粉末 百分含量 金属的百分含量是指一定体积的焊膏沉积的焊料的量 金属百分含量常规是重量百 分比而不是体积百分比 可惜体积是影响焊膏特性和焊点质量的主要因素 焊料太少 其 结果会造成多的针孔和增加 塌陷 产生 早期的焊膏的金属含量只有 70 重量 和小于 25 体积 当前为了得到高质 量的焊点 需要更高的重量百分率 用于丝网或漏模板用的焊膏 多数制造厂家推荐用 90 金属含量的焊膏 为防止可能的堵塞 采取注射式分配时 则金属含量低至 80 85 是必要的 标准则要求金属含量应在标称值的 1 范围内 二 合金粉末粒度形状 大小及分布 前面提到焊锡膏的合金粉对粒度的要求是非常严格的 球形的锡粉必须在 90 以上 否则会影响焊锡膏的印刷性能 严重会引起空焊 焊点不饱满等问题 粒度的大小与分布 也必须满足一定的要求 见表 11 1 11 2 表 11 1 焊料粉规格以及粒度与分布要求 粒度单位 Microns TypeNone Larger ThanLess than 1 Larger than 80 Minimum between 10 Maximum Less Than 1160150 150 75 20 280 s75 75 45 20 35045 45 25 20 19 表 11 2 焊料粉规格以及粒度与分布要求 单位 Microns TypeNone Larger ThanLess than 1 Larger than 90 Minimum between 10 Maximum Less Than 44038 38 20 20 53025 25 15 15 62015 15 5 5 三 粘 度 焊膏的粘度是非常重要的参数 过高或太低的粘度会影响印刷 坍塌 以及掉件 元 器件脱落 等问题 焊锡膏的粘度通常用 Brookfield 或 Malcom 粘度计测量 按照涂布工 艺规范 丝网的目数 刮刀的速度等 提出焊膏的粘度 对丝网印刷一般推荐粘度 为 200 000 mpa s 注射式用的焊膏会更低一些 四 锡珠试验 本节广泛地讨论焊膏的特性 板面上分布孤立的焊料球 是在热熔焊以后出现的 引起的原因较多 诸如 氧化物含量较高 塌陷严重 焊料粒子形状不佳 热熔焊之前干 燥不当等因素造成的 要是在清洗过程中不除去 会引起邻近导体之间的短路 严重的情 况 在焊点上留下的焊料体积可能不足以形成可靠的连接 五 湿性试验 焊锡膏的润湿性 表示焊膏中 焊剂 清洁金属表面和促进润湿的能力 可通过测试 方法测定 在已知氧化厚度的铜表面放上一定量的焊膏 如果焊剂的活性越强 则热熔的 焊料直径越大 且无反润湿现象 润湿性差则焊接效果差 会引起虚焊 漏焊等质量问题 六 工作寿命 Tack Test 焊膏的工作寿命是确定焊膏印上后到元器件安放之间所经历的时间 对丝网印刷焊膏 而言 工作寿命也表明丝印焊膏搁置多长时间就得报废 最短的工作寿命为三天 一块扳子星期五印上焊膏 可到下一个星期一安装元件 然 而这仅仅是在原理上成立 大量的经验证实 为了达到最低的次品水平 即使焊膏有较长 的工作寿命 一般在丝印焊膏几小时后就应安放上元件 工作寿命密切关系到焊膏在丝网 或漏模板上能停留多少时间 而不致降低性能 工作寿命容易规定但难以测定 一般测定是观察在丝印以后 不同间隔时间内焊膏的一般测定是观察在丝印以后 不同间隔时间内焊膏的 粘着力变化来测定 刚刚印刷的焊锡膏的粘着力最大 当该力下降到其粘着力变化来测定 刚刚印刷的焊锡膏的粘着力最大 当该力下降到其 8080 时对应的