电子辅料的选择与使用.ppt

中国赛宝实验室 电子辅料的选用 电子辅料的选择与使用 信息产业部电子第五研究所电子元器件可靠性物理及其应用技术国家重点实验室 中国赛宝实验室 电子辅料的选用 电子辅料的选择与使用 助焊剂的选择与使用焊料 焊锡条 的选择与使用焊锡丝的选择与使用焊锡膏的选择与使用 主要内容 中国赛宝实验室 电子辅料的选用 2 1助焊剂的组成 电子工艺用助焊剂 中国赛宝实验室 电子辅料的选用 2 1 1助焊剂最常见材料 松香 助焊剂的理想基体 天然松香的组成 松香呈自然酸性 165 170mgKOH 克当量 熔点为172 175oC 室温下不活跃 但在再流焊温度时相当活跃 可溶于许多溶剂 但不溶于水 因此需要采用溶剂或皂化水来清除 2C19H29COOH MeO C19H29COO 2Me H2O 中国赛宝实验室 电子辅料的选用 2 2助焊剂的作用 在钎焊过程中去除母材和液态钎料表面的氧化物 为液态钎料的铺展创造条件 以液体薄层覆盖母材和钎料表面 从而隔绝空气起保护作用 起界面活性作用 改善液态钎料对母材表面的润湿性 中国赛宝实验室 电子辅料的选用 固体金属的表面结构 2 2 1助焊剂 作用原理 助焊剂要去除的对象 母材金属表面的氧化膜 固体金属最外层表面是一层0 2 0 3nm的气体吸附层 接下来是一层3 4nm厚的氧化膜层 所谓氧化膜层并不是单纯的氧化物 而是由氧化物的水合物 氢氧化物 碱式碳酸盐等组成 在氧化膜层之下是一层1 10 m厚的变形层 这是由于压力加工所形成的晶粒变形结构 与氧化膜之间还有1 2 m厚的微晶组织 中国赛宝实验室 电子辅料的选用 2 3助焊剂的主要性能指标 外观密度与粘度固体含量 不挥发物含量 可焊性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 SIR 酸值 中国赛宝实验室 电子辅料的选用 卤素造成腐蚀失效的例子 中国赛宝实验室 电子辅料的选用 某公司使用助焊剂不当失效的例子 中国赛宝实验室 电子辅料的选用 2 4助焊剂的有关标准 液体焊剂 GB9491 88 JISZ3197 86 QQ S 571 MIL F 14256以及IPC SF 818树脂芯焊剂 GB3131 88 00 JISZ3283 86 99 GB T15829 2 1995J STD 004 RequirementsforSolderingFluxes 中国赛宝实验室 电子辅料的选用 2 5助焊剂的分类 中国赛宝实验室 电子辅料的选用 2 5 1焊剂活性分类方法与测试要求 中国赛宝实验室 电子辅料的选用 2 6 1传统焊剂的分类与J STD 004的分类比较 中国赛宝实验室 电子辅料的选用 2 6 2消费类电子产品的分类 Class1 普通消费类电子产品 收录机 Class2 耐用消费类电子产品 计算机 Class3 高可靠性要求的电子产品 心脏起博器 航天电子设备等 ANSI J STD 001C 中国赛宝实验室 电子辅料的选用 不同类型产品和工艺可供选择的助焊剂类型 其它考量 使用方式 焊点外观要求 2 6 3助焊剂的选用 中国赛宝实验室 电子辅料的选用 3 1铅锡焊料 焊锡条 铅锡焊料的特性1 锡铅比例2 熔点3 机械性能4 表面张力与粘度 中国赛宝实验室 电子辅料的选用 3 2铅锡焊料 杂质影响 中国赛宝实验室 电子辅料的选用 3 2 1Sn60铅锡焊料杂质含量的上限 中国赛宝实验室 电子辅料的选用 3 3锡渣来源与控制 锡渣来源一焊料的氧化二助焊剂残留物三助焊剂反应物 控制措施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 中国赛宝实验室 电子辅料的选用 3 4焊料的选用 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 中国赛宝实验室 电子辅料的选用 4焊锡丝 分类 合金规格Snx Pby 中国赛宝实验室 电子辅料的选用 4 3焊锡丝性能指标 喷溅试验 喷溅量 中国赛宝实验室 电子辅料的选用 4 4 1焊锡丝选用 直径大小 中国赛宝实验室 电子辅料的选用 4 4 2焊锡丝选用 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 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 试用 此时还需考虑的因素有 烟雾气味大小 喷溅量大小等 中国赛宝实验室 电子辅料的选用 5 1焊锡膏 功能用途 提供形成焊接点的焊料 提供促进润湿和清洁表面的助焊剂 在焊料热熔前使元器件固定 焊锡膏是焊料合金粉末与助焊剂系统均匀混合而成的膏状体 与再流焊配合应用于印刷电路板级电子组装 中国赛宝实验室 电子辅料的选用 5 2焊锡膏的组成及各组分性能 钎料膏 solderpaste 中国赛宝实验室 电子辅料的选用 5 2 1焊料合金粉末 焊料膏的重要组成部分 约占钎料膏总重量的85 90 总体积的50 60 对焊料膏的印刷性和焊点质量有重要影响 制造工艺 雾化沉积 离心雾化沉积 电解 研磨离心雾化沉积 品质最高 成本最高雾化法是采用高压气体 空气 氩气 氮气 或水为介质将液态金属及合金破碎成小液滴 然后冷却成粉末的过程 雾化法具有效率高 产量大 能耗低 不污染环境以及粉末形状好 性能可调等优点 气体雾化适用于产量适中 粉末形状球形度好 氧含量低的粉末制备 中国赛宝实验室 电子辅料的选用 5 2 2焊料合金粉末的性能参数 粉末颗粒形状 决定了粉末的含氧量及钎料膏的印刷性 FromQualitekInc 分球形和不定形两种优选球形粉末 其比表面积小 氧化程度低 中国赛宝实验室 电子辅料的选用 5 2 3焊料合金粉末的性能参数 粉末粒度 目数的含义目数越大 粉末颗粒直径越小 同时比表面积增大 含氧量也会增加 中国赛宝实验室 电子辅料的选用 5 3 2钎料合金粉末的性能参数 粒度的分类对于精细节距封装推荐 表示可通过相应直径的网孔 表示不能通过注 此表为生产厂提供 粉末粒度的检测标准见3 1 0 63mm节距 0 5mm节距 中国赛宝实验室 电子辅料的选用 5 2 4焊锡膏的基本特性 印刷性能良好 可连续印刷流变性好 放置或预热时不产生塌陷和桥连现象焊接性良好 不会产生钎料球飞溅而引起短路储存寿命长 长时间存放粘度无变化 在0 5 C可保存3 6个月印刷后放置时间长 一般在常温下能放置12 14小时焊接后残余物具有较高的绝缘电阻 清洗性好或免清洗无毒 无臭 无腐蚀性 中国赛宝实验室 电子辅料的选用 5 3钎料膏的性能参数及其评价 本节将结合美国国家标准ANSI J STD 005 Requirementsforsolderingpastes IPC TheInstituteofInterconnectingandPackagingElectronicCircuit 标准IPC TM 650 TestMethodManual JIS JapaneseIndustrialStandard Z 3197中的相关内容进行详细论述 并举例说明 钎料合金的相关性能参数请参见ANSI J STD 006 钎剂的相关性能参数请参见ANSI J STD 004和IPC SF 818 中国赛宝实验室 电子辅料的选用 5 3 1合金粉末颗粒 颗粒形状 钎料合金粉末中至少有90 为球形 球形的定义标准为颗粒长 宽比在1 0 1 07之间 椭圆形颗粒的最大长 宽比为1 5 颗粒尺寸 颗粒尺寸分布要求如下 金属百分比 又称固体含量 必须在65 96wt 之间 与用户规定值的允许偏差为 1 中国赛宝实验室 电子辅料的选用 5 3 2性能参数 粘度 Viscosity 粘度可定义为一层流体相对于另一层流体运动时的阻力 也可以理解为材料发生流动或形状改变时的阻力 常用单位 厘泊 centipoise mPa s kcps Pa s焊锡膏应该是一种具有假塑性体响应的流体 其特点是在较高切变率下 切变率随切应力以大于正比的关系增加 应力下的这种 稀释 作用对于丝网印刷非常重要 它可以使钎料膏在印刷操作时粘性降低 流动性增强 易于流入丝印孔内并印刷到PCB的焊盘上 而在印刷之后 钎料膏粘度又增加 保持其填充形状而不向下塌陷 标准 测量值与用户规定值之间的允许偏差为 10 需要注意的是 对于50 300和300 1600Pa s两种粘度范围 其测量方法略有不同 参见IPC TM 650之2 4 34 测量设备 转轴式粘度计 锥形盘粘度计 中国赛宝实验室 电子辅料的选用 5 3 2性能参数 坍塌度 slump 概念 IPC定义为 Thespreadingofapasteafterprinting 印刷后钎料膏的铺展 过程是在重力和表面张力的作用下 钎料膏坍塌并从最初边界向外扩展 这会引起膏的流出 使相临近图形发生桥连 检测方法 需采用2种模版厚度及模版图形和3种沉积尺寸 具体见下页 基板材料为磨砂玻璃 氧化铝陶瓷 玻璃环氧树脂 模版和刮板均为钢 试验条件 1 25 5oC 50 10 相对湿度下 保持10 20分钟后 2 150 10oC下保持10 15分钟后冷却至室温 中国赛宝实验室 电子辅料的选用 0 20 2 03mm每组16个 0 33 2 03mm每组18个 坍塌度试验用模版图形 IPC A 20 模版厚度为0 1mm沉积尺寸分别为 0 33 2 03mm0 20 2 03mm 间距 mm 中国赛宝实验室 电子辅料的选用 坍塌度试验用模版图形 IPC A 21 模版厚度为0 2mm沉积尺寸分别为 0 63 2 03mm0 33 2 03mm 中国赛宝实验室 电子辅料的选用 性能参数 坍塌度 slump 评价标准 中国赛宝实验室 电子辅料的选用 5 3性能参数 锡珠 solderball IPC定义为 Asolderingprocessresidueconsistingofsmallspheresontheprintedcircuitboardsurface 钎焊过程中在印刷电路板表面上形成的小球状残渣 测试结果 印刷后1小时和24小时 测试结果均为等级2 中国赛宝实验室 电子辅料的选用 5 3性能参数 粘合力 工作寿命 tack tackiness IPC定义为 Theabilityofsolderpastetoholdcomponentsinplaceafterplacement 贴片后钎料膏与元器件的粘合力 将MalcomFG 1型钎料膏测试仪的圆柱型探针以50g的压力 0 2mm 秒的速度接触沉积点 再以10mm 秒的速度抽出探针 记录打破接触所用的最大力即为粘着力 同时记录粘着力和钎料膏印刷后的放置时间 中国赛宝实验室 电子辅料的选用 5 3性能参数 其它 腐蚀性电迁移卤素润湿性 中国赛宝实验室 电子辅料的选用 5 4焊锡膏的选用 按第二章确定的原则或方法确定焊锡膏的助焊剂类型根据所要焊接的PCB上布线和焊盘间距确定所使用的焊锡膏中锡粉的粒度型号焊料主成份类型 SMT工艺一般使用Sn63Pb37或Sn62Pb36Ag2合金规格的锡粉注意组装工艺 点涂or印刷等 与焊锡膏粘度的配套选择经检测各方面性能满足标准要求的产品进行工艺试用试用确认焊锡膏的可印刷性 脱网性等 中国赛宝实验室 电子辅料的选用 5 4 2粒度选择原则 焊锡膏中合金粉末粒度与模板尺寸的匹配 三球定律 1 至少有三个最大直径的粉末颗粒能垂直地排在丝印模板的厚度方向上 2 至少有三个最大直径的粉末能水平地排在丝印模板的最小孔的宽度方向