包装印刷焊膏与焊膏印刷技术知识讲义.docx

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包装印刷焊膏与焊膏印刷技术知识讲义

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第四章　焊膏与焊膏印刷技术　

第四章焊膏与焊膏印刷技术　ﻭ第一节锡铅焊料合金ﻭ 焊料是易熔金属,它在母材表面能形成合金,并与母材连为一体,不仅实现机械连，同时也用于电气连接。

焊接学中,习惯上将焊接温度低于4５0℃的焊接称为软钎焊,用的焊料又称为软焊料。

电子线路的焊接温度通常在　1８0℃~３00℃之间，所用焊料的要成分是锡和铅,故又称为锡铅焊料。

一．电子产品焊接对焊料的要求

        电子产品的焊接中，通常要求焊料合金必须满足下列要求:

ﻭ

（1）焊接温度要求在相对较低的温度下进行,以保证元件不受热冲击而损坏。

ﻭ

（2）熔融焊料必须在被焊金属表面有良好的流动性,有利于焊料均匀分布，并为润湿奠定基础。

ﻭ（3）凝固时间要短,有利于焊点成型，便于操作。

（４）焊接后,焊点外观要好，便于检查。

ﻭ（5）导电性好，并有足够的机械强度。

ﻭ（6）抗蚀性好，电子产品应能在一定的高温或低温、盐雾等恶劣环境下进行工作,特别是军事、航天、通信以及大型计算机等。

为此焊料必须有很好的抗蚀性。

（７）焊料原料的来源应该广泛,即组成焊料的金属矿产应丰富，价格应低廉,才能保证稳定供货。

二.锡铅合金焊料

1．锡的特性

     锡是延展性很好的银白色金属，质地软，熔点是２３1.9℃,密度为7．2８g/cm3　耐,常温下易氧化,性能稳定。

2．铅的特性ﻭ     铅也是质地柔软并呈灰色的金属，熔点３27.4℃,密度为11．３4ｇ/cm3。

铅的导电、导热性能差，铅与锡有良好的互溶性，塑性优异、铸造性好,并具有润滑性。

纯铅耐腐蚀性极强，化学性能稳定,但有机酸和强酸对它有强腐蚀作用;铅对人体有害,以离子铅的形式进入人体,其毒性很大，尤其对婴幼儿。

3.锡铅合金的特性

４．铅在焊料中的作用

5．液态锡铅焊料的易氧化性ﻭ6．锡铅焊料中的杂质

三．锡铅合金相图与焊料特性ﻭ1．铅锡合金状态图ﻭ           　铅锡合金状态图表示了不同比例的铅、锡的合金状态随温度变化的曲线。

ﻭ２.　共晶焊料

       当Sn/Ｐｂ合金以６３/３７比例互熔时，升温至183℃，将出现固态与液态的交汇点，即图中的T点,这一点称为共晶点,该点的温度称之为共晶温度，为１83℃，是不同Ｓn/Pb配比焊料熔点中温度最低的。

对应的合金成分为Sｎ-6２.7%、Pb-３7．3％（实际生产中的配比是63：

37）的铅锡合金称为共晶焊锡,是铅锡焊料中性能最好的一种。

四．锡铅合金产品

对于铅-锡合金除了按其百分比构成不同而派生出很多种合金外。

成份为Sｎ6３Pb37的焊料，从形状和用途上又分为：

锡膏、锡条、锡丝、锡箔。

第二节无铅焊料合金

一．废弃电子产品的危害性及铅的毒害性

       Ｓｎ-Pb合金（特别是Sn-3７Ｐb），因其成本低廉，良好的导电性和优良的力学和钎焊性能，一直以来广泛的用于电子整机装联、微电子元器件的封装和印刷电路板级组装。

但是,Pb及含Ｐb物是危害人类健康和污染环境的有毒有害物质。

Sn-Pb钎料在生产及使用过程中会直接危害人体，它与人体蛋白质强烈结合而抑制人体正常的生理功能，造成神经系统和代谢紊乱,使神经系统和生理反应迟钝，减少血色素而造成贫血及高血压。

此外电子元器件废弃物中含Pb的钎料会被氧化成氧化铅，氧化铅和盐酸及酸雨中的酸反应形成铅的化合物,污染环境，最终危害人类的健康。

      目前，欧盟已通过立法明确在2008年停止使用含铅钎料，全世界电子工业中禁止使用含铅钎料已是大势所趋。

《报废电子电气设备指令》（WEEE）和《关于在电子电气设备中禁止使用某些有害物质指令》（RｏＨS）已经正式实施。

ﻭ二．无铅焊料的定义

无铅焊料的标准,目前世界上尚无统一的标准。

欧盟ＥUＥLVＤ协会的标准是：

Pb　质量含量<0.　1%　；美国JEDＥＣ协会的标准是：

Ｐｂ质量含量＜　0.　2　%　；国际标准组织（ISO）提案,电子装联用焊料合金中铅质量含量应低于０.1%。

无论是0.1％还是　0.　2％均是很低的数值。

所以目前国际公认的无铅焊料的定义为：

以Sn为基体,添加了其它金属元素,而Pb的含量在0.1～0．2wt%（ｗｔ%重量百分比）以下的主要用于电子组装的软钎料合金。

三．无铅焊料应具备的条件

            无铅焊料也应该具备与Sn-Pb合金大体相同的特征,具体目标如下：

1）替代合金应是无毒性的。

（2）熔点应同锡铅体系焊料的熔点（183℃）接近,要能在现有的加工设备上和现有的工艺条件下操作。

ﻭ（３）供应材料必须在世界范围内容易得到,　数量上满足全球的需求。

某些金属如铟和铋数量比较稀少,　只够用作无铅焊锡合金的添加成分。

ﻭ（4）替代合金还应该是可循环再生的。

ﻭ（5）机械强度和耐热疲劳性要与锡铅合金大体相同。

ﻭ（6）焊料的保存稳定性要好。

（7）替代合金必须能够具有电子工业使用的所有形式,　包括返工与修理用的锡线、锡膏用的粉末、波峰焊用的锡条、以及预成型。

不是所有建议的合金都可制成所有的形式,例如铋含量高将使合金太脆而不能拉成锡线。

（8）合金相图应具有较窄的固液两相区。

能确保有良好的润湿性和安装后的机械可靠性。

（9）焊接后对各种焊接点检修容易。

（１0）导电性好,　导热性好。

ﻭ四．无铅焊料的发展状况

      　通过长时间的研究,锡被认定为是最好的基础金属,因为锡的货源储备充足,无毒害,　检修容易,有良好的物理特性,熔点是23２℃,与其他金属进行合金化后熔点不会很高。

所以目前广泛采用的替代Sn／Pb焊料的元毒合金，是Sn为主,添加Ag、Zn、Ｃu、Sb、Bi、In等金属元素，组成三元合金和多元合金。

      　经过大量的比较后筛选出几种好的锡合金，它们为铜（Cｕ）、银（Ａg）、铟（Ｉn）、锌（Zn）、铋（Ｂi）、锑（Sb）。

选择这些金属材料可在和锡组成合金时降低焊料的熔点，使其得到理想的物理特性

 ﻭ①锡锌系（Sn-Ｚn）

②锡铜系（Sn9９.3-Cｕ0.7）ﻭ③锡银系（Sn-Ａg）　

④锡锑系（Sn-Sb）

⑤锡铋系（Sｎ–Bi）　

⑥锡银铜系（Sn－Aｇ-Cu）简称SACﻭ五．目前应用最多的无铅焊料合金

      目前应用最多的用于再流焊的无铅焊料是三元共晶或近共晶形式的Sn-Ag-Cu焊料。

Sn（３~　4）wt％Ag（0.5~０．7）wt％Cu（wt%重量百分比）是可接受的范围,其熔点为　217℃左右。

      　Ｓn－Aｇ-Cu合金,相当于在Sn－Ag合金里添加Ｃｕ,能够在维持Sn-Ａg合金良好性能的同时稍微降低熔点。

因此　Sn-　Ag－ Cu合金已成为国际上应用最多的无铅合金。

      　关于Sn－Ag- Cu系焊料的最佳成分,日、美、欧之间存在一些微小的差别。

美国采用Sn３.9wt%Aｇ0.6ｗｔ％Cｕ（wｔ％重量百分比）无铅合金,欧洲采用Sn３.８wt%Ag0.7ｗｔ%Cｕ无铅合金,日本采用Sn3.0wｔ％Ag0.5wｔ%Cu无铅合金。

第三节焊膏

焊膏是由合金焊粉、焊剂载体等组成的膏状稳定混合物。

在表面安装技术中起到粘固元件，促进焊料润湿,清除氧化物、硫化物、微量杂质和吸附层,保护表面防止再次氧化，形成牢固的冶金结合等作用。

一．焊膏的特性与要求

 （l　）粘度ﻭ

（2）坍塌性

（3）工作寿命

二.焊膏的组成ﻭ焊膏是将焊料粉末与具有助焊功能的糊状焊剂混合而成的，通常合金焊料粉末比例占总的重量的85%~90％左右,占体积的５0%左右。

其余是化学成分。

1.焊粉

（1）.焊粉的制造ﻭ焊粉,即焊料粉末,是由焊料合金熔化后,采用高压惰性气体喷雾或离心喷雾法、超声法等方法雾化制成，然后过筛就可以得到不同粒度的焊粉。

焊粉末的粒度、形态等对锡膏的质量有举足轻重的影响,它又取决于雾化工艺及设备的质量。

ﻭ

（2）．　焊粉形状及其对焊膏性能的影响ﻭ下图是放大后的焊粉表面形貌,其中黑色的为富锡相,其亮区为富铅相。

焊粉形状可分为有规和无规两种，其形态对焊膏使用性能有一定影响。

ﻭ（3）.焊粉的粒度

SMT焊膏常用的焊粉为光滑球形。

过粗的粉末会导致焊膏粘结性能变差，随着细间距ＱFP焊接的需要,将越来越多地使用２0μｍ以下的合金粉末。

ﻭ焊粉颗粒的粗细程度一般用粒度来描述,粒度的单位是目。

原指筛网在每1英寸长度上有多少个筛孔（目数），目数越多,筛孔就越小，能通过的颗粒就越细小。

ﻭ（4）．焊料粉末中杂质及其影响ﻭ2．糊状焊剂

糊状焊剂在焊膏中的比重一般为10%～1５％，体积百分比为５0~60％。

作为焊粉载体,它起到结合剂、助熔剂、流变控制剂和悬浮剂等作用。

它由树脂、活化剂（表面活性剂、催化剂）、触变剂、溶剂和添加剂等组成。

优良的焊剂应具备①高的沸点，以防止焊膏在再流过程中出现喷射;②高的粘稠性,以防止焊膏在存放过程中出现沉降；③低卤素含量,以防止再流焊后腐蚀元器件；④低的吸潮性，以防止焊膏在使用过程中吸收空气中的水蒸汽而引起粉末氧化。

性能的物质，常用的有调节剂、消光剂、缓蚀剂、光亮剂、阻燃剂等。

ﻭ焊剂的含量对焊膏的塌落度、粘度、粘结性能有显著影响；另外还能影响到焊接后焊料的堆积厚度　

三.焊膏的分类及标识

目前，焊膏的品种繁多,尚缺乏统一的分类标准,现仅进行技术性的分类。

一般根据合金熔点、焊剂的活性程度及粘度进行分类。

1.按焊料合金熔化温度分类

2．按焊剂活性分类ﻭ          可分为:

活性（RA），中等活性（ＲＭA）,无活性（Ｒ），水洗,免清洗几大类，以适应不同场合的焊接需要。

ﻭ3.按焊膏粘度分类

四．几种常见的焊膏

1.松香型焊膏ﻭ２.水溶性焊膏

3.免清洗低残留物焊膏

4.无铅焊膏ﻭ五．焊膏的评价方法

           焊膏的检验包括三部分：

焊膏的使用性能、焊料粉末及焊剂.

1．焊膏的外观ﻭ2．粘度的测量ﻭ3．触变系数的计算ﻭ4.焊膏的印刷性能

5.  焊膏的粘结力ﻭ6．焊球试验ﻭ７.焊膏扩展率试验（润湿性试验）ﻭ8．焊粉在焊膏中所占百分率（质量）

9．焊剂酸值、卤化物、水溶物电导率、铜镜腐蚀性、绝缘电阻测定

第四节