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焊膏的使用规范

时间: 2011-07-25 18:00 来源: 作者: 杭州东方通信股份有限公司技术中心 蔡成校 点击:
摘 要:由焊膏产生的缺陷占SMT中缺陷的60%—70%,所以规范合理使用焊膏显得尤为重要。本文结合本部门使用的经验来介绍焊膏的一些特性和使用储存的方法。

关键词:焊膏;漏版;再流焊

概述

随着再流焊技术的应用,焊膏已成为表面组装技术(SMT)中最要的工艺材料,近年来获得飞速发展。
在表面组装件的回流焊中,焊膏被用来实施表面组装元器件的引线或端点与印制板上焊盘的连接。焊膏涂覆是表面组装技术一道关键工序,它将直接影响到表面组装件的焊接质量和可靠性。

焊膏的构成

焊膏是一种均质混合物,由合金焊料粉,糊状焊剂和一些添加剂混合而成的具有一定粘性和良好触变性的膏状体。在常温下,焊膏可将电子元器件初粘在既定位置,当被加热到一定温度时(通常1830C)随着溶剂和部分添加剂的挥发,合金粉的熔化,使被焊元器件和焊盘连在一起,冷却形成永久连接的焊点。对焊膏的要求是具有多种涂布方式,特别具有良好的印刷性能和再流焊性能,并在贮存时具有稳定性。 合金焊料粉

合金焊料粉是焊膏的主要成分,约占焊膏重量的85%—90%。常用的合金焊料粉有以下几种:

锡 - 铅(Sn - Pb)、锡 - 铅 - 银(Sn - Pb - Ag)、锡 - 铅 - 铋(Sn - Pb - Bi)等。

合金焊料粉的成分和配比以及合金粉的形状、粒度和表面氧化度对焊膏的性能影响很大,因此制造工艺较高。

几种常用合金焊料粉的金属成分、熔点,最常用的合金成分为Sn63Pb3。

Sn63Pb37和Sn62Pb36Ag2,其中Sn63Pb37的熔点为1830C,共晶状态,掺入2%的银以后熔点为179℃,为共晶状态,它具有较好的物理特性和优良的焊接性能,且不具腐蚀性,适用范围广,加入银可提高焊点的机械强度。

合金焊料粉的形状:

合金焊料粉的形状可分为球形和椭圆形(无定形),它们对焊膏性能的影响见表1.由此可见,球形焊料具有良好的性能。

常见合金焊料粉的颗粒度为(200/325)目,对细间距印刷要求更细的金属颗粒度。合金焊料粉的表面氧化度与制造过程和形状、尺寸有关。相对而言,球状合金焊料粉的氧化度较小,通常氧化度应控制在0.5%以内,最好在10%—4%以下。

表1 合金焊料粉的形状对焊膏性能的影响

一般,由印刷钢板或网版的开口尺寸或注射器的口径来决定选择焊锡粉颗粒的大小和形状。不同的焊盘尺寸和元器件引脚应选用不同颗粒度的焊料粉,不能都选用小颗粒,因为小颗粒有大得多的表面积,使得焊剂在处理表面氧化时负担加重,表二为常用焊膏Sn62Pb36Ag2的物理特性。

表2 Sn62Pb36Ag2焊膏的物理特性

2.2 焊剂

在焊膏中,焊剂是合金焊料粉的载体,其主要的作用是清除被焊件以及合金焊料粉的表面氧化物,使焊料迅速扩散并附着在被焊金属表面。

对焊剂的要求主要有以下几点:

a 焊剂与合金焊料粉要混合均匀;
b 要采用高沸点溶剂,防止再流焊时产行飞溅;
c 高粘度,使合金焊料粉与溶剂不会分层;
d 低吸湿性,防止因水蒸汽引起飞溅;
e 氯离子含量低。

焊剂的组成:通常,焊膏中的焊剂应包括以下几种成分:活性剂、成膜剂和胶粘剂、润湿剂、触变剂、溶剂和增稠剂以及其他各类添加剂。

焊剂的活性:对焊剂的活性必须控制,活性剂量太少可能因活性差而影响焊接效果,但活性剂量太多又会引起残留量的增加,甚至使腐蚀性增强,特别是对焊剂中的卤素含量更需严格控制,表3列出了三种不同的卤素含量对其性能的影响。对免清洗焊膏,焊剂中卤素含量必须小于0.05%,甚至完全不含卤素,其活性主要靠加入有机酸来达到。

表3 不同卤素含量的焊剂

焊膏的组成及分类

焊膏中的合金焊料粉与焊剂的通用配比见表四。

表4 焊膏中焊料粉与焊剂的配比

其实,根据性能要求,焊剂的重量比还可扩大至8%—20%。焊膏中的焊剂的组成及含量对塌落度、粘度和触变性等影响很大。

金属含量较高(大于90%)时,可以改善焊膏的塌落度,有利于形成饱满的焊点,并且由于焊剂量相对较少可减少焊剂残留物,有效防止焊球的出现,缺点是对印刷和焊接工艺要求较严格;金属含量较低(小于85%)时,印刷性好,焊膏不易粘刮刀,漏版寿命长,润湿性好,此外加工较易,缺点是易塌落,易出现焊球和桥接等缺陷。对通常的再流焊工艺,金属含量控制在88%—92%范围内,气相再流焊可控制在85%左右。对细间距元器件的再流焊,为避免塌落,金属含量可大于92%,焊膏的分类可以按以下几种方法:

按熔点的高低分:一般高温焊膏为熔点大于250℃,低温焊膏熔点小于1500C,常用的焊膏熔点为1790C—1830C,成分为Sn63Pb37和Sn62Pb36Ag2。
按焊剂的活性分:一般可分为无活性(R),中等活性(RMA)和活性(RA)焊膏。常用的为中等活性焊膏。
按清洗方式分为有机溶剂清洗型,水清洗型,半水清洗型和免清洗型焊膏。常用的一般为免清洗型焊膏,在要求比较高的产品中可以使用需清洗的的焊膏。 焊膏的应用特性

SMT对焊膏有以下要求:

1) 应用前具有的特性:

焊膏应用前需具备以下特性:

具有较长的贮存寿命,在0—100C下保存3 — 6个月。贮存时不会发生化学变化,也不会出现焊料粉和焊剂分离的现象,并保持其粘度和粘接性不变。
吸湿性小、低毒、无臭、无腐蚀性。

2) 涂布时以及回流焊预热过程中具有的特性:

能采用丝网印刷、漏版印刷或注射滴涂等多种方式涂布,要具有良好的印刷性和滴涂性,脱模性良好,能连续顺利进行涂布,不会堵塞丝网或漏版的孔眼以及注射用的管嘴,也不会溢出不必要的焊膏。 有较长的工作寿命,在印刷或滴涂后通常要求能在常温下放置12—24小时,其性能保持不变。
在印刷或涂布后以及在再流焊预热过程中,焊膏应保持原来的形状和大小,不产生堵塞。

3) 再流焊加热时具有的特征:

良好的润湿性能。要正确选用焊剂中活性剂和润湿剂成分,以便达到润湿性能要求。
不发生焊料飞溅。这主要取决于焊膏的吸水性、焊膏中溶剂的类型、沸点和用量以及焊料粉中杂质类型和含量。
形成最少量的焊球。它与诸多因素有关,既取决于焊膏中氧化物含量、合金粉的颗粒形状及分布等因素,同时也与印刷和再流件有关。 再流焊后具有的特性:
具有较好的焊接强度,确保不会因振动等因素出现元器件脱落。
焊后残留物稳定性能好,无腐蚀,有较高的绝缘电阻,且清洗性好。

焊膏的选用

焊膏的选用主要根据工艺条件,使用要求及焊膏的性能。可以参考以下几点来选用不同的焊膏:

具有优异的保存稳定性。
具有良好的印刷性(流动性、脱版性、连续印刷性)等。
印刷后在长时间内对SMD持有一定的粘合性。
焊接后能得到良好的接合状态(焊点)。
其焊接成分,具高绝缘性,低腐蚀性。
对焊接后的焊剂残渣有良好的清洗性,清洗后不可留有残渣成分。

焊膏的申购

焊膏应根据需要提前2周采购,由工程师根据产品确定焊膏的型号和数量,报项目经理批准后购买,一般1—2周内到货。另外,如批量生产需要较多的焊膏,应保证有至少1周的焊膏使用量,一般为8罐左右,提前购买。

焊膏使用和贮存的注意事顶

1) 焊膏购买到货后,应登记到达时间、保质期、型号,并为每罐焊膏编号。
2) 焊膏应以密封形式保存在恒温、恒湿的冰箱内,温度在约为(2—10)0C,温度过高,焊剂与合金焊料粉起化学反应,使粘度上升影响其印刷性;温度过低(低于00C),焊剂中的松香会产生结晶现象,使焊膏形状恶化。
3) 焊膏使用时,应提前至少2小时从冰箱中取出,写下时间、编号、使用者、应用的产品,并密封置于室温下,待焊膏达到室温时打开瓶盖。如果在低温下打开,容易吸收水汽,再流焊时容易产行锡珠。注意:不能把焊膏置于热风器、空调等旁边加速它的升温。
4) 焊膏开封后,应至少用搅拌机或手工搅拌5分钟,使焊膏中的各成分均匀,降低焊膏的粘度。注意:用搅拌机进行搅拌时,搅拌频率要慢,大约1—2转/秒钟。
5) 焊膏置于漏版本上超过30分钟未使用时,应先用丝印机的搅拌功能搅拌后再使用。若中间间隔时间较长,应将焊膏重新放回罐中并盖紧瓶盖,再次使用应按4)进行操作。
6) 根据印制板的幅面及焊点的多少,决定第一次加到漏版上的焊膏量,一般第一次加200—300克,印刷一段时间后再适当加入一点。
7) 焊膏印刷后应在24小时内贴装完,超过时间应把焊膏清洗后重新印刷。
8) 焊膏开封后,原则上应在当天内一次用完,超过时间使用期的焊膏绝对不能使用。
9) 从漏版上刮回的焊膏也应密封冷藏。
10) 焊膏印刷时间的最佳温度为250C±30C,温度以相对湿度60%为宜。温度过高,焊膏容易吸收水汽,在再流焊时产生锡珠。

焊膏的涂布

涂布焊膏的方法主要有三种:注射滴涂、丝网印刷和漏版印刷。注射滴涂是采用专门的分配器(Dispensor)或手工来进行的,采用桶状焊膏,一般适合小批量生产。丝网印刷是采用尼龙或丝状材料编成丝网,并在上面刻出图形,把焊膏漏印到PCB板上,一般适合组装密度不高的中小批量生产。而我们最常用到的是漏版印刷,采用黄铜或不锈钢钢片,在上面刻出图形,把焊膏印刷到PCB板上。漏版的制作有三种方法:蚀刻、激光和电铸法。电铸法。电铸法由于加工成本高,在国内还没有流行,蚀刻法由于其弱点,一般只能用0.5mm间距以上的产品,激光法由于精度高,孔壁光滑,容易脱模,价格比电铸法便宜,比蚀刻法也贵不了多少,特别近来的厂家采用在孔壁上抛光的立方法,去除了毛刺,所以近来应用较广,它适合0.3mm以上间距的印刷。激光漏版一般采用0.05—1.00mm的钢片制作,常用的厚度为0.12mm—0.2mm之间。现在也有使用聚脂片制作,孔壁没有毛刺,使用刀,寿命也很长,但制作成本很高。国内很少使用。

焊接不良因及解决方法

焊膏质量、印刷和再流焊等诸多因素可能引起焊接不良,据统计,大约有70%以上的缺陷是与焊膏印刷和再流焊过程有关。表五列出了一些常见的缺陷和解决方法。

表5 焊接缺陷和解决方法

焊膏的再利用和报废

原则上,焊膏在开封后必须在一天之内用完,否则剩余的焊膏就不能再使用,但是根据我们现在的经验,还是可以做焊膏的再利用,可以参考以下几点来使用:

1) 对于通信类高科技产品和中试项目,考虑到它们的要求较高,一般使用新焊膏,且应该在使用期之内。
2) 对于民用产品和要求不高的简单的产品,可以使用上面产品使用剩余的焊膏。
3) 焊膏在使用之后,焊剂含量会降低,因此可以在里面加入一点焊剂可以明显改善其将效果。
4) 使用期外的焊膏不可使用,但未开封的可以用到民用产品或要求不高的产品中,根据需要在其中加入少许焊剂。
5) 使用期外剩的焊膏可以申请报废,报废的程序是先由操作工通知工程师,并填写焊膏报废申请单,由主任批准后即可报废。注意:报废后的焊膏应放置在指定的容器中,不可随便当垃圾处理以免污染环境。

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