电子辅料的选择与使用ppt课件

1、电子辅料的选择与使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2.1 助焊剂的组成 电子工艺用助焊剂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：COOHH3CCH3CH(CH3)2松香酸 脱氢松香酸左旋海松酸松香呈自然酸性(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

2、(C19H29COO)2Me+H2O2.2 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。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34nm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110m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12m厚 的微晶

3、组织。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） 酸值卤素造成腐蚀失效的例子某公司使用助焊剂不当失效的例子2.4 助焊剂的有关标准 液体焊剂： GB9491-88、JIS Z319786、S571、MILF14256以及IPCSF818 树脂芯焊剂： GB31318800JIS Z32838699） GB/T 15829.2-2019 J-STD-004(Requirements for Soldering Fluxes) 2.5 助焊剂的分类焊剂(主要)组成材料Flux Materia

4、ls 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 Rosin(RO)Low (0.0%) L0ROL0Low (2.0) H1ROH1 Resin(RE)Low (0.0%) L0REL0Low (2.0) H1REH1 Organic(OR)Low (0.0%) L0ORL0Low (2.0) H1ORH1 Inorganic(IN)Low (0.0%) L0INL0Low (2.0) H1INH1 2.5.1焊剂活性分类方法与测试要求焊剂活性分类

5、方法与测试要求 焊剂类型 铜镜试验卤素含量(定性)卤素含量(定量) 腐蚀试验SIR必须大于100M的条件铬酸银试验(Cl,Br)含氟点测试 (F) (Cl,Br,F)L0铜 镜 无 穿透现象通过通过0.0%无腐蚀清洗与未清洗L1通过通过 0.5%M0铜 镜 穿 透性 腐 蚀 面积50%通过通过0.0%较重腐蚀清 洗H1不通过不通过 2.0% 2.6.1传统焊剂的分类与传统焊剂的分类与JSTD004的分类的分类比较比较序号JSTD004分类与之相当的传统焊剂分类1L0类型焊剂所有R类型焊剂2一些低固态“免洗型焊剂3一些RMA类型焊剂4L1类型焊剂大部分RMA5一些RA类型6M0类型焊剂一些RA类

6、型7一些低固态“免洗型焊剂8M1类型焊剂大部分RA类型焊剂一些RSA类型焊剂9H0类型焊剂一些水溶性焊剂10H1类型焊剂一些RSA类型焊剂11大部分水溶性焊剂与合成活化焊剂2.6.2 消费类电子产品的分类 Class 1 ：普通消费类电子产品收录机） Class 2：耐用消费类电子产品计算机） Class 3：高可靠性要求的电子产品心脏起博器、航天电子设备等） 【ANSI/JSTD001C】 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 （其它考量：使用方式、焊点外观要求）（其它考量：使用方式、焊点外观要求）电子产品类别焊接后的清洗工艺中可用的焊剂类型焊接后的免

7、清洗工艺中可用的焊剂类型R o s i n (RO)R e s i n (RE)Organic(OR)R o s i n (RO)R e s i n (RE)Organic(OR)1L0,L1,M0,M1,H0,H1L0,L1,M0,M1L0,L1,M0,M1L0, M02L0,L1,M0,M1L0,L1,M0,L0,L1,M0,L0,M03L0, L1L0,L1L0,L1L0 2.6.3 助焊剂的选用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3.2 铅锡焊料杂质影响 3.2.1 Sn60铅锡焊料杂质含量的上限3.3 锡渣来源与控制 锡渣

8、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。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

9、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。 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0.30.8, 0.82.52.56.0I : 1 . 0 (0.801.5)I I : 2 . 0 (1.52.6)I I : 3 . 0 (2.63.9) R （AA）RMAA）RA （B）AA (S)A (A)B (B)三芯焊锡丝五芯焊锡丝4 焊锡丝分类合金规格Snx-Pby4.3 焊锡丝性能指标喷溅试验喷溅量4.4.1 焊锡丝选用直径大小4.4.2 焊锡丝选用一、根据要焊接

10、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 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.5.2 焊锡膏的组成及

11、各组分性能钎料膏(solder paste)钎料合金粉末溶剂添加剂助焊剂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。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

12、印刷性(From Qualitek Inc.)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。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3.10.63mm节距0.5mm节距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05C可保存3

13、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(Requirements for soldering pastes)、IPC(The Institute of Interconnecting and Packaging Electronic Circuit)标准IPC-TM-650(Test Method Manual)、JIS(Japanese Industrial Standard)Z-3197中的相关内容进行详细论述，并

14、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。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注：重量百分比；尺寸单位：微米类型不能大于最多有 1%大于最少有 80%最多有 10%小于1160150150-75202807575-45203504545-2520类型不能大于最多有 1%大于最少有 90%最多有 10%小于4403838-20205302525-15

15、156201515-55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%。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) = mPas; kcps = Pas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

16、其填充形状而不向下塌陷。规范：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300-1600Pas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。5.3.2 性能参数 坍塌度 (slump) 概念IPC定义为：The spreading of a paste after printing(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/

17、氧化铝陶瓷/玻璃环氧树脂。模版和刮板均为钢。试验条件：(1) 255oC、5010%相对湿度下，保持10-20分钟后； (2) 15010oC下保持10-15分钟后冷却至室温。0.060.100.150.200.250.300.350.400.450.400.350.300.250.200.150.100.060.0750.100.1250.150.1750.200.250.300.250.200.1750.150.1250.100.0750.202.03mm每组16个0.332.03mm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：0.332.03mm

18、0.202.03mm间距(mm)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：0.632.03mm0.332.03mm0.060.100.150.200.250.300.350.400.450.400.350.300.250.200.150.100.06 .33 .41 .48 .56 .63 .71 .79 .71 .63 .56 .48 .41 .33mm0.632.03mm每组14个0.332.03mm每组18个间距(mm) 性能参数坍塌度 (slump) 评价标准模版厚度沉积尺寸试验条件评价标准0.20.632.03mm10.56mm 以上间距无桥连0.2

19、0.632.03mm20.63mm 以上间距无桥连0.20.332.03mm10.25mm 以上间距无桥连0.20.332.03mm20.30mm 以上间距无桥连0.10.332.03mm10.25mm 以上间距无桥连0.10.332.03mm20.30mm 以上间距无桥连0.10.202.03mm10.175mm 以上间距无桥连0.10.202.03mm20.20mm 以上间距无桥连5.3 性能参数锡珠 (solder ball)IPC定义为：A soldering process residue consisting of small spheres on the printed circ

20、uit board surface(钎焊过程中在印刷电路板表面上形成的小球状残渣)。等级钎料球情况图例1钎料熔融形成一个钎料球2钎料熔融形成一个钎料球, 并有少于 3个直径在75m的小钎料球3钎料熔融形成一个钎料球, 并有多于 3个直径在 75m 的小钎料球, 未形成半连续的环4钎料熔融形成一个钎料球, 并有大量的小钎料球形成半连续的环测试结果：印刷后1小时和24小时，测试结果均为等级2。5.3 性能参数 粘合力工作寿命 (tack/tackiness)IPC定义为：The ability of solder paste to hold components in place after placement(贴片后钎料膏与元器件的粘合力)。6.515将Malcom FG-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