SMT焊膏.docx

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SMT焊膏

第四章焊膏与焊膏印刷技术第四章焊膏与焊膏印刷技术

第一节锡铅焊料合金

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450C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180C〜300C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：

（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。

（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。

（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。

（5）导电性好，并有足够的机械强度。

（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231.9C，密度为7.28g/cm3耐，常温下易氧化，性能稳定。

2．铅的特性

铅也是质地柔软并呈灰色的金属，熔点327.4°C,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6．锡铅焊料中的杂质三．锡铅合金相图与焊料特性

1．铅锡合金状态图

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。

2.共晶焊料

当Sn/Pb合金以63/37比例互熔时，升温至183C，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183C，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。

．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V0.2%;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。

⑵熔点应同锡铅体系焊料的熔点（183C）接近，要能在现有的加工设备上和现有的工艺条件下操作。

（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。

（4）替代合金还应该是可循环再生的。

（5）机械强度和耐热疲劳性要与锡铅合金大体相同。

（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。

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232C,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AgZnCuSbBi、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

1锡锌系（Sn-Zn）

2锡铜系（Sn99.3-Cu0.7）

3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SAC

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217C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%AgO.6wt%Cu（wt%重量

百分比）无铅合金，欧洲采用Sn3.8wt%AgO.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

（2）坍塌性

（3）工作寿命

二．焊膏的组成

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。

（2）.焊粉形状及其对焊膏性能的影响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。

（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旱接的需要，将越来越多地使用20z以下的合金粉末。

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。

（4）．焊料粉末中杂质及其影响

2．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。

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

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。

3．按焊膏粘度分类

四．几种常见的焊膏

1．松香型焊膏

2.水溶性焊膏

3.免清洗低残留物焊膏

4.无铅焊膏五．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

2．粘度的测量

3．触变系数的计算4．焊膏的印刷性能

5.焊膏的粘结力

6．焊球试验

7．焊膏扩展率试验（润湿性试验）

8．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模板

模板（stencil），又称为网板、钢网，它是焊膏印刷的关键工具之一,用来定量分配焊膏。

一．模板概述

（1）模板的结构

图4-9中所见的模板，其外框是铸铝框架（或铝方管焊接而成），中心是金属模板，框架与模板之间依靠张紧的丝网相连接，呈“钢一柔一钢”的结构。

这种结构确保金属模板

既平整又有弹性，使用时能紧贴PCB表面。

（2）．模板的管理

2.模板的制造

（l）化学腐蚀法

（2）激光切割法

（3）电铸法

三.模板的设计工艺

模板基材厚度及窗口尺寸大小直接关系到焊膏印刷量，从而影响到焊接质量。

模板基材厚和窗口尺寸过大会造成焊膏施放量过多，易造成“桥接'';窗口尺寸过小，会造成焊膏施放量过少，会产生“虚焊''。

因此SMT生产中应重视模板的设计。

1．模板良好漏印性的必要条件

宽厚比=窗口的宽度/模板的厚度=W/H,

W是窗口的宽度，H是模板的厚度。

宽厚比参数主要适合验证细长形窗口模板的漏印性。

面积比=窗口的面积/窗口孔壁的面积=（LXW）/2X（L+W）

XH,

L是窗口的长度。

面积比参数主要适合验证方形/圆形窗口模板的漏印性。

在印刷锡铅焊膏时，当宽厚比》1.6,

面积比》0.66时，模板具有良好的漏印性：

而在印刷无铅焊膏当宽

厚比》1.7，面积比》0.7时，模板才有良好的漏印性

2．模板窗口的形状与尺寸

为了得到高质量的焊接效