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1、工艺材料的用途与应用要求,3.1 SMT工艺材料的用途与应用要求 3.1.1 SMT工艺材料的用途,SMT材料包含： 焊料、胶黏剂等焊接和贴片材料，以及焊剂、清洗剂、热转换介质等工艺材料。 SMT材料的用途： 1、焊膏与焊料：用于连接被焊接物金属表面并形成焊点； 2、焊剂：其主要作用是助焊； 3、胶黏剂（也称贴片胶）：把元器件贴装预固定在PCB板上； 4、清洗剂：用于清洗焊接工艺后残留在SMA上的剩余物；,3.1 SMT工艺材料的用途与应用要求 3.1.2 SMT工艺材料的应用要求,为适应SMA的高质量和高可靠性要求，在SMT工艺中对组装工艺材料有很高的要求，主要有： 1、良好的稳定性和可靠性
2、； 2、能满足高速生产需要； 3、能满足细引脚间距和高密度组装需要； 4、能满足环保要求；,3.2 焊料 3.2.1焊料的作用与润湿,焊料：用来连接两种两种或多种金属表面，同时在被连接的金属表面之间起冶金学桥梁作用的金属材料。,常用焊料,一种由2种或3种基本金属和几种熔点低于425掺杂金属组成的。,焊料能连接两种金属，是因为它能润湿这两个金属表面，同时在它们中间形成金属间化合物。,润湿是焊接的必要条件,Sn/Pb焊料,(1).在较低的温度下也能夠焊接 焊接在只有锡的情況下也可以完成，只是熔锡较困难。 纯锡的熔解温度是232，纯铅的熔解温度是327，而两种金属的合金，只要183就开始熔化，使用起
3、来较方便，不易对零部件造成热损伤。 (2).机械强度 锡、铅是柔软，强度弱的金属，但是两种金属的合金， 强度则骤然增大。,焊锡为什么使用锡和铅的合金？,3.2 焊料 3.2.1焊料的作用与润湿,焊料与金属表面的润湿程度用润湿角来描述。 润湿角：是溶融焊料沿被连接的金属表面润湿铺展而形成的二者之间夹角如下图所示：,焊料润湿的变化情况,（a）完全润湿（=0） （b）部分润湿（0 90） （c）不润湿（90）,3.2 焊料 3.2.2常用焊料的组成、物理常熟及特性,焊料中的合金成分和比例对焊料的熔点、密度、机械性能、热性能和电性能都有显著的影响。如表所示（见课本25页）,在锡铅系焊料中，加入铋和铟，
4、焊料的最低熔点可以降低到150左右； 锡铅焊料中锡的含量降至10%以下或在其中加入银等金属后，熔点可以升至300以上； 常用焊料中Sn63/Pb37和Sn62/Pb36/Ag2具有最佳综合性能； 在低熔点焊料中，Sn43/Pb43/Bi14具有较好的综合性能；,3.2 焊料 3.2.2常用焊料的组成、物理常数及特性,S n-Pb合金是电子组装应用中最传统和普通的焊料合金，它们具有合适的强度和可润湿性，但是由于它们会与银和金形成脆性的金属化合物，不宜于焊接银、银合金、和金。,Sn-Pb焊料的特性：,在厚膜电路组装中，多数是对Ag、Au的金属表面进行焊接，由于 Ag和Au在焊料中的熔化速度比Pb、
5、Cu更快，故在焊接时会出现Ag和Au向焊料中扩散溶蚀的现象，因此针对这种情况，我们应该采取低温短时间焊接，并选用Ag和Au难熔的焊料。,3.2 焊料 3.2.2常用焊料的组成、物理常熟及特性,Sn63-Pb37的特性,焊料合金有共晶和非共晶成分，共晶焊料由单熔点焊料合金组成，在某个熔点范围内固体焊料颗粒和熔融焊料不同时存在。,Sn-Pb二元相图,焊料的共晶特性：,3.2 焊料 3.2.3SMT焊料的形式和特性要求,SMT焊料的形式： 1、膏状焊料：再流焊工艺中采用的膏状焊料，我们称为焊膏； 2、棒状焊料：用于浸渍焊接和波峰焊接； 3、丝状焊料：用于各种烙铁焊接场合； 4、预成形焊料：用于激光再
6、流焊工艺和普通再流焊工艺中；,如下图所示在直径0.3mm2.0mm的锡线的心部，加入固体的FLUX（助焊剂）。在使用烙铁手工焊接的時候，焊锡和FLUX同时供給。,3.2 焊料 3.2.3SMT焊料的形式和特性要求,SMT焊料的特性要求： 1、其熔点比焊接母材料的熔点低，而且与被焊接材料结合后不能产生脆化反应； 2、与大多数金属具有良好的亲和力，焊料生成的氧化物不会成为焊接润湿不良的原因； 3、其供应状态适合自动化生产；,3.2 焊料,焊料合金应用注意事项： 1、正确选用温度范围； 2、注意机械性能的适用性； 3、被焊金属和焊料成分组合形成多种金属间化合物； 4、熔点问题； 5、防止溶蚀现象的发
7、生； 6、防止焊料氧化和沉积；,3.2 焊料,无铅焊料 :与常用的 Sn/Pb 焊料相比，,焊接工艺、焊接工艺材料选择 焊接设备、组装工艺条件,无铅焊料的熔点增高，密度与湿润性降低，成本提高，机械性能也有所变化。,3.2 焊料,我们所說的无铅焊料，並不是指焊料中百分之百无铅，因为世界上不存在100%纯度的金属。所以，无铅焊料实际是指焊料中铅含量的上限问题，ISO9453、JISZ3282、RoHS指令均要求铅的含量控制在0.1Wt%以下。,无铅焊料的定义：,3.2 焊料,主流无铅焊料： Sn/Ag/Cu合金、 Sn/Ag/Cu/Bi、 Sn/Cu三大类 92Sn/3.3Ag/4.7Bi焊料的特
8、点： 1、具有更优越的强度； 2、足够的塑性和相当的抗疲劳特性； 3、其熔点在210-215； 4、湿润特性适合用于表面组装电路组件(SMA)；,浸焊、波峰焊： 目前行业內均普遍选用Sn-Cu 系二元无铅焊料，其中以Sn-0.7Cu (熔点227) 应用最广。 回流焊：一般选用Sn-3.5Ag或Sn-3Ag-0.5Cu系无铅焊料。因为受电子元件耐热性能的限制，回流焊的峰值温度一般不能超过250，而无铅焊料的高熔点，就造成无铅回流焊的工艺窗口很窄，选用Sn-Ag 或Sn-Ag-Cu系的无铅焊料，其熔点比Sn-Cu焊料低6左右(熔点217221)，这有利于扩大工艺窗口，提高焊接质量。,无铅锡膏熔化
9、温度范围：,3.2 焊料,无铅焊料应该具有的基本性能： 1、熔点低，合金共晶温度近似与Sn63/Pb37的共晶温度，大致为180-220； 2、无毒或毒性低，现在和将来都不会污染环境； 3、热传导率和电传导率与传统焊料相当； 4、具有良好的润湿性； 5、机械性能良好，焊点要有足够的机械强度和抗热老化性能； 6、要与现代的焊接设备和工艺兼容，可在不更新设备不改变现有工艺的条件下进行焊接； 7、与目前使用的助焊剂兼容 8、焊接后对各焊点检修容易； 9、成本低，所选的材料能充分供应；,3.3 焊膏,主要成分及分类 焊膏的特性影响焊膏特性的因素 SMT工艺对焊膏的要求 焊膏使用规则 焊膏的发展,3.3
10、 焊膏,锡膏的定义：锡膏是由合金焊料粉和糊状助焊剂均匀搅拌而成的膏状体； 锡膏的选择标准：合金组份 、锡膏的粘度见书表3-7,3.3 焊膏,锡膏的主要参数: 1 合金类型 2 锡粉颗粒 3 助焊剂类型(残余物的去除),1 合金參數: 温度范围 a 固相 b 液相 焊接强度（结合力）,3.3 焊膏,锡铅合金的二元金相图 a 共熔组成在Pb37/Sn63合金，此是固态与 液态直来直往的，无浆状存在，且熔点低在183 C 。 b 纯铅的MP为327 C ，纯锡232 C ，当形成合金时，则其MP下降以共晶点为最低。,3.3 焊膏,3.3 焊膏,常用合金: 电子应用方面(含铅）超过90%的是：Sn63
11、/Pb37 、Sn62/Pb36/Ag2 、或 Sn60/Pb40，2%的银合金随含Ag引脚和焊垫应用的增加而增加。银合金常用于锡铅合金产生弱粘合的场合。,2.锡粉參數: a.锡粉颗粒直径大小 b.颗粒形状 c.大小分布 d.氧化比率,3.3 焊膏,a.锡粉颗粒直径大小: 电镜扫描 IPC J-STD-006 定义球形锡粉的直径尺寸是长宽比率小于1.5倍。,3.3 焊膏,Optimum,Good Poor,越圆越好 越小越均匀越好(流动性佳，成形佳) 氧化层越薄越好,3.3焊膏,b.锡粉颗粒形状:,3.3 焊膏,目数： 在国内焊锡膏生产厂商多用锡粉的“颗粒度”来对不同锡膏进行分类，而很多国外厂
12、商或进口焊锡膏多用“目数（MESH）”的概念来进行不同锡膏的分类。 目数（MESH）基本概念是指筛网每一平方英寸面积上的网孔数；在实际锡粉生产过程中，大多用几层不同网眼的筛网来收集锡粉，因每层筛网的网眼大小不同，所以透过每层网眼的锡粉其颗粒度也不尽相同，最后收集到的锡粉颗粒，其颗粒度也是一个区域值； 从以上概念来看，锡膏目数指标越大，该锡膏中锡粉的颗粒直径就越小；而当目数越小时，就表示锡膏中锡粉的颗粒越大；,Mesh Concept,3.3 焊膏,c.锡粉大小分布: 焊料颗粒的尺寸一般为-200目/+325目，在有0.5mm脚间距的器件印刷錫膏时，焊料颗粒尺寸应比常规小，可以选用颗粒尺寸是-3
13、25目+500目的焊膏。,粉粒等级 网眼大小 颗粒大小 IPC TYPE 2 -200+325 45-75微米 IPC TYPE 3 -325+500 25-45微米 IPC TYPE 4 -400+635 20-38微米,以下是合金焊料粉末氧化引起錫珠的原理圖,d:锡粉的氧化：,3.3 焊膏,焊盘上锡膏放置数小时,焊锡熔融成块,锡球,过回炉焊后,3.3 焊膏,3.3 焊膏,焊膏分类： 可根据焊膏合金成分、不同使用温度、不同的焊接系统进行分来，例如：按焊剂系统可分为：R、RMA、RA几种类型，R型一般用于航天、军事，RMA一般用于高可靠性电路组件，RA型用于一般的消费电子。,根据焊剂的成份分松
14、香型锡膏、免洗型锡膏、水溶性型锡膏。 根据回焊温度分高温锡膏、常温锡膏、低温锡膏。 根据金属成份份含铅锡膏Sn62/Pb36/Ag2或 Sn63/ Pb37，无铅锡膏Sn96.5/Ag3/Cu0.5。,3.3焊膏,焊膏的特性与影响因素 焊膏的特性： 1、焊膏的流变特性：材料根据其流动性可分为：理想的、塑性的、伪塑性的、膨胀、和触变，焊膏具有流动性，且是属于触变流体；,流体的流动特性,黏度：剪切应力与剪切率的比值,3.3 焊膏,触变材料典型流动曲线,3.3 焊膏,由于焊膏的触变特性，焊膏使用前要先进搅拌。,3.3 焊膏,焊膏的熔点与焊接温度： 焊膏的熔点与合金焊料的成分有关，成分不同，焊膏的熔点
15、也会不同，同时，在实际生产中，焊膏焊接的温度设置就会不同，同时，焊接的效果也会不同。 焊膏的熔点与焊接温度的关系，见书 表3-9,3.3焊膏,影响焊膏特性的因素： 1、焊膏的印刷特性：,丝网印刷时焊膏的典型流动特性,3.3 焊膏,影响焊膏特性的因素： 2、黏度：黏度是焊膏的主要性能指标，当所有条件包括温度都保持恒定时，焊膏的黏度值随剪切率增加而降低。,3.3焊膏,影响焊膏特性的因素： 2、黏度： 焊料合金（金属）百分含量、粉末颗粒大小、温度、焊剂量和触变剂润滑性能也会影响焊膏黏度：,剪切率和金属含量对黏度的影响,3.3 焊膏,影响焊膏特性的因素： 2、黏度： 粉末颗粒尺寸对黏度的影响：,3.3 焊膏,影响焊膏特性的因素： 2、黏度： 环境温度对黏度的影响：,3.3 焊膏,影响焊膏特性的因素： 3、金属成分对黏度的影响：,在不同的活化剂焊剂系统中，即使相同重量比的金属属，其体积比也会不同，其黏度也会不同！,3.3焊膏,影响焊膏特性的因素： 4、焊膏的焊料粉末： 球形焊料粉末在给定的体积下总表面积是最小的，能减少可能发生表面氧化的面积，而且一致性比较好，且其黏度比较好，为使焊膏具备优良的印刷性能创造了条件。 不规则形状的焊料颗粒，其表面积大，且易于氧化，还会堵塞网孔，使印刷不稳定。,3.3 焊膏,SMT工艺对焊膏的要求： 1、具有优良的保存稳定性； 2、在印刷时和
