1、1.3 表面組裝工藝材料教學(xué)內(nèi)容貼片膠的化學(xué)組成、分類(lèi)與作用焊錫膏的化學(xué)組成、分類(lèi)與作用無(wú)鉛焊料的類(lèi)型助焊劑的化學(xué)組成與分類(lèi)清洗劑的化學(xué)組成與分類(lèi)計(jì)劃學(xué)時(shí)6教學(xué)目標(biāo)1.掌握各類(lèi)表面組裝工藝材料的組成、分類(lèi)與作用2.了解無(wú)鉛焊料的類(lèi)型及使用方法教學(xué)重點(diǎn)各類(lèi)表面組裝工藝材料的組成與作用教學(xué)難點(diǎn)各類(lèi)表面組裝工藝材料的組成與作用教學(xué)過(guò)程一、 導(dǎo)入新課由教師引導(dǎo)思路，復(fù)習(xí)舊課，引入新課。在SMT的發(fā)展過(guò)程中，電子化工材料起著相當(dāng)重要的作用。目前，與SMT相關(guān)的化學(xué)材料種類(lèi)繁多，而表面組裝材料則是指SMT裝聯(lián)中所用的化工材料，即SMT工藝材料。它主要包括幾下幾個(gè)方面的內(nèi)容：貼片膠、助焊劑、焊錫膏和清洗劑。

2、二、貼片膠表面組裝技術(shù)有兩類(lèi)典型的工藝流程，一類(lèi)是焊錫膏再流焊工藝，另一類(lèi)是貼片膠波峰焊工藝，后者是將片式元器件采用貼片膠粘合在PCB表面，并在PCB另一個(gè)面上插裝通孔元件（或貼放片式元件），然后通過(guò)波峰焊就能將兩種元器件同時(shí)焊接在電路板上。 貼片膠的作用就在于能保證元件牢固地粘在PCB上，并在焊接時(shí)不會(huì)脫落，一旦焊接完成后，雖然它的功能失去了，但它仍永遠(yuǎn)地保留在PCB上，因此，這種貼片膠不僅要有粘合強(qiáng)度而且具有很好的電氣性能。質(zhì)疑：貼片膠是由哪些化學(xué)材料制成的呢？在SMT工藝過(guò)程中起到什么作用？（一）貼片膠的類(lèi)型與組分貼片膠按基體材料分，可分為環(huán)氧樹(shù)脂和聚丙烯兩大類(lèi)。1.環(huán)氧型貼片膠 環(huán)氧型

3、貼片膠是SMT中最常用的一種貼片膠，通常以熱固化為主，由環(huán)氧樹(shù)脂、固化劑、增韌劑、填料以及觸變劑混合而成。這類(lèi)貼片膠典型配方為：環(huán)氧樹(shù)脂63%(重量比，下同)，無(wú)機(jī)填料30%，胺系固化劑4%，無(wú)機(jī)顏料3%。(1)環(huán)氧樹(shù)脂。環(huán)氧樹(shù)脂本身是熱塑性的線型結(jié)構(gòu)大分子，樹(shù)脂有強(qiáng)的粘附性和柔韌性，環(huán)氧樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)說(shuō)明了它不僅可以用做貼片膠，而且具有優(yōu)異的穩(wěn)定性和電氣性能。(2)固化劑。常用固化劑可分為胺類(lèi)固化劑、酸酐類(lèi)固化劑等，還有一種類(lèi)型的固化劑則是潛伏性中溫固化劑，即環(huán)氧樹(shù)脂貼片膠使用的固化劑，它的特殊性就在于在低溫下它“幾乎”不與環(huán)氧樹(shù)脂發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或僅僅以極低的速度參與反應(yīng)，但一旦遇到適合的溫度就能

4、迅速地同樹(shù)脂反應(yīng)，這樣就能使貼片膠在低溫下有較長(zhǎng)的儲(chǔ)存期，遇到中溫就能迅速固化以適應(yīng)生產(chǎn)需要。(3)增韌劑。增韌劑可以提高固化后貼片膠的韌性。常用的增韌劑有液體丁晴橡膠、聚硫橡膠等。(4)填料。加入各種填料，用以實(shí)現(xiàn)它涂布的工藝性，如加入白碳黑等一類(lèi)觸變劑，使貼片膠具有觸變性以利于涂布；加入甲基纖維素,以利于減低軟化點(diǎn)，并起到調(diào)控黏度的作用。(5)其他添加劑。加入顏料以利于生產(chǎn)中觀察；添加潤(rùn)濕劑以增加膠的潤(rùn)濕能力，達(dá)到好的初粘性；添加阻燃劑以達(dá)到阻燃效果。2.丙烯酸類(lèi)貼片膠丙烯酸類(lèi)貼片膠是SMT中常用的另一大類(lèi)貼片膠，由丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂、光固化劑、填料組成，常用單組分。它通常是光固化型的貼片膠，其

5、特點(diǎn)是固化時(shí)間短，但強(qiáng)度不及環(huán)氧型高。(1)丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂。丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂是通過(guò)加入過(guò)氧化物，并在光或熱的作用下實(shí)現(xiàn)固化。它不能在室溫下固化，通常用短時(shí)間紫外線照射或用紅外線輻射固化，固化溫度約為150，固化時(shí)間約為數(shù)十秒到數(shù)分鐘，屬紫外線加熱雙重固化型。(2)固化劑。常為安息香甲醚類(lèi)，它在紫外光的激發(fā)下能釋放出自由基，促使丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂膠中雙鍵打開(kāi)，其反應(yīng)機(jī)理屬自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)型，反應(yīng)能在極短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行。（二）貼片膠的包裝當(dāng)前貼片膠的包裝形式有兩大類(lèi)，一類(lèi)是供壓力注射法點(diǎn)膠工藝用，貼片膠包裝成5ml、10ml、20ml和30ml注射針管制式，可直接上點(diǎn)膠機(jī)用，此外還有300ml注射管大包裝，使用時(shí)

6、分裝到小注射針管中。通常包裝量越大價(jià)錢(qián)越便宜，但將大包裝分裝到小注射針管中則應(yīng)采用專(zhuān)用工具，緩慢地注射到潔凈的注射針管中，達(dá)到一定量后，還應(yīng)進(jìn)行脫氣泡處理，以防混入空氣，避免點(diǎn)膠時(shí)出現(xiàn)“空點(diǎn)”或膠點(diǎn)大小不一。另一類(lèi)包裝是聽(tīng)裝，可供絲網(wǎng)模板印刷方式涂布膠用，通常每聽(tīng)裝有1kg。（3） 表面組裝對(duì)貼片膠的要求 1.常溫下使用壽命要長(zhǎng) 2.具有合適的粘度 3.能夠快速固話(huà) 4.粘結(jié)強(qiáng)度適當(dāng) 5.不干擾電路功能 6.有顏色便于檢查思考：1.貼片膠的作用是什么？它主要與什么焊接方法相配合？ 2.貼片膠通常由哪幾部分組成？一般分成哪幾類(lèi)？三、焊錫膏 焊錫膏又稱(chēng)焊膏、錫膏，是由合金粉末、糊狀焊劑和一些添加劑

7、混合而成的具有一定粘性和良好觸變特性的漿料或膏狀體。它是SMT工藝中不可缺少的焊接材料，廣泛用于再流焊中。常溫下，由于焊錫膏具有一定的粘性，可將電子元器件粘貼在PCB的焊盤(pán)上，在傾斜角度不是太大，也沒(méi)有外力碰撞的情況下，一般元件是不會(huì)移動(dòng)的，當(dāng)焊錫膏加熱到一定溫度時(shí)，焊錫膏中的合金粉末熔融再流動(dòng)，液體焊料潤(rùn)濕元器件的焊端與PCB焊盤(pán)，在焊接溫度下，隨著溶劑和部分添加劑揮發(fā)，冷卻后元器件的焊端與焊盤(pán)被焊料互聯(lián)在一起，形成電氣與機(jī)械相連接的焊點(diǎn)。（1） 焊錫膏的化學(xué)組成焊錫膏主要由合金焊料粉末和助焊劑組成。其中合金焊料粉占總重量的85%90%，助焊劑占15%10%。即焊錫膏中錫粉顆粒與助焊劑的重量

8、之比約為9:1，體積之比約為1:1。1.合金焊料粉末合金焊料粉末是焊錫膏的主要成分。常用的合金焊料粉末有錫鉛、錫鉛銀、錫鉛鉍等，常用的合金成分為63%Sn37%Pb以及62%Sn36%Ph2%Ag。不同合金比例有不同的熔化溫度。以Sn/Pb合金焊料為例，圖4-1表示了不同比例的錫、鉛合金狀態(tài)隨溫度變化的曲線。圖4-1中的T點(diǎn)叫做共晶點(diǎn)，對(duì)應(yīng)合金成分為61.9%Sn38.1%Pb，它的熔點(diǎn)只有182。2.助焊劑 在焊錫膏中，糊狀助焊劑是合金粉末的載體, 其中的活化劑主要起清除被焊材料表面以及合金粉末本身氧化膜的作用，同時(shí)具有降低錫、鉛表面張力的功效，使焊料迅速擴(kuò)散并附著在被焊金屬表面。粘接劑起到

9、加大錫膏粘附性并保護(hù)和防止焊后PCB再度氧化的作用。為了改善印刷效果和觸變性，焊錫膏還需加入觸變劑和溶劑。觸變劑主要是用來(lái)調(diào)節(jié)焊錫膏的粘度以及印刷性能，防止在印刷中出現(xiàn)拖尾、粘連等現(xiàn)象；溶劑在焊錫膏的攪拌過(guò)程中起調(diào)節(jié)均勻的作用，對(duì)焊錫膏的壽命有一定的影響。助焊劑的組成對(duì)焊錫膏的擴(kuò)展性、潤(rùn)濕性、塌陷、粘度變化、清洗性質(zhì)、焊珠飛濺及儲(chǔ)存壽命均有較大影響。（2） 焊錫膏的分類(lèi) 1.按合金焊料粉的熔點(diǎn)分 焊錫膏按熔點(diǎn)分高溫焊錫膏（217以上），中溫焊錫膏（173200）和低溫焊錫膏（138173）；最常用的焊錫膏熔點(diǎn)為178183，隨著所用金屬種類(lèi)和組成的不同，焊錫膏的熔點(diǎn)可提高至250以上，也可降為

10、150以下，可根據(jù)焊接所需溫度的不同，選擇不同熔點(diǎn)的焊錫膏。2.按焊劑的活性分焊錫膏按焊劑活性分類(lèi)有“R”級(jí)（無(wú)活性），“RMA”級(jí)（中度活性），“RA”級(jí)（完全活性）和“SRA”級(jí)（超活性）。一般“R”級(jí)用于航天、航空電子產(chǎn)品的焊接，“RMA”級(jí)用于軍事和其它高可靠性電路組件，“RA”級(jí)用于消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品，使用時(shí)可以根據(jù)PCB和元器件的情況及清洗工藝要求進(jìn)行選擇。3.按焊錫膏的粘度分粘度的變化范圍很大，通常為100600Pa·s，最高可達(dá)1000Pa·s以上。使用時(shí)依據(jù)施膏工藝手段的不同進(jìn)行選擇。4.按清洗方式分（1)有機(jī)溶劑清洗類(lèi)。如傳統(tǒng)松香焊膏（其殘留物安全無(wú)腐蝕性）

11、或含有鹵化物或非鹵化物活化劑的焊膏。（2)水清洗類(lèi)。活性強(qiáng)，可用于難以釬焊的表面，焊后殘?jiān)子谟盟宄皇褂么祟?lèi)焊錫膏印刷網(wǎng)板壽命長(zhǎng)。（3)半水清洗和免清洗類(lèi)。一般用于半水清洗和免清洗的焊錫膏不含氯離子，有特殊的配方，焊接過(guò)程要氮?dú)獗Ｗo(hù)；其非金屬固體含量極低，焊后殘留物少到可以忽略，減少了清洗的要求。（3） 表面組裝對(duì)焊錫膏的要求1.具有良好的保存穩(wěn)定性2.印刷時(shí)應(yīng)具有優(yōu)良的脫模性3.印刷時(shí)和印刷后焊錫膏不易坍塌4.具有一定的粘度5.加熱時(shí)具有良好的潤(rùn)濕性能6.不形成或形成最少量的錫料球，焊料飛濺少7.焊接強(qiáng)度高，焊接后易清洗（4） 焊錫膏的選用原則及使用注意事項(xiàng) 1）焊錫膏通常應(yīng)該保存在51

12、0 的低溫環(huán)境下，可以?xún)?chǔ)存在電冰箱的冷藏室內(nèi)。焊錫膏的取用原則是先進(jìn)先出。 2）一般應(yīng)該在使用前至少2 h從冰箱中取出焊錫膏，待焊錫膏達(dá)到室溫后，才能打開(kāi)焊錫膏容器的蓋子，以免焊錫膏在升溫過(guò)程中凝結(jié)水汽。 3）觀察焊錫膏，如果表面變硬或有助焊劑析出，必須進(jìn)行特殊處理，否則不能使用；如果焊錫膏的表面完好，也要用不銹鋼棒攪拌均勻以后再使用。如果焊錫膏的粘度大，應(yīng)該適當(dāng)加入所使用錫膏的專(zhuān)用稀釋劑，稀釋并充分?jǐn)嚢枰院笤儆谩?）使用時(shí)取出焊錫膏后，應(yīng)及時(shí)蓋好容器蓋，避免助焊劑揮發(fā)。超過(guò)使用期限的焊錫膏不得再使用。 5）涂敷焊錫膏和貼裝元器件時(shí)，操作者應(yīng)該戴手套，避免污染電路板。 6）把焊錫膏涂敷到PCB

13、上時(shí)，如果涂敷不準(zhǔn)確，必須擦洗掉焊錫膏再重新涂敷，擦洗免清洗焊錫膏不得使用酒精。 7）印好焊錫膏的電路板要及時(shí)貼裝元器件，盡可能在4h內(nèi)完成再流焊。8）免清洗焊錫膏原則上不允許回收使用，如果印刷涂敷作業(yè)的間隔超過(guò)1 h，必須把焊錫膏從模板上取下來(lái)并存放到當(dāng)天使用的單獨(dú)容器里，不要將回收的錫膏放回原容器。 質(zhì)疑：1.焊錫膏主要起什么作用？其主要成分是什么？ 2.簡(jiǎn)述焊錫膏的選用原則。四、助焊劑（一）助焊劑的化學(xué)組成 傳統(tǒng)的助焊劑通常以松香為基體。松香具有弱酸性和熱熔流動(dòng)性，并具有良好的絕緣性、耐濕性、無(wú)腐蝕性、無(wú)毒性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，是不可多得的助焊材料。目前在SMT中采用的大多是以松香為基體的活性

14、助焊劑。由于松香隨著品種、產(chǎn)地和生產(chǎn)工藝的不同，其化學(xué)組成和性能有較大的差異，因此，對(duì)松香優(yōu)選是保證助焊劑質(zhì)量的關(guān)鍵。通用的助焊劑還包括以下成分：活性劑、成膜物質(zhì)、添加劑和溶劑等。1. 活性劑2. 成膜物質(zhì)3. 添加劑4. 溶劑（2） 助焊劑的類(lèi)型1.松香系列助焊劑2.合成焊劑3.有機(jī)焊劑（三）表面組裝對(duì)助焊劑性能的要求及選用 1.對(duì)助焊劑的性能要求 1）具有去除表面氧化物、防止再氧化物降低表面張力等特性。 2）熔點(diǎn)比焊料低，助焊劑要比焊料先熔化以充分發(fā)揮助焊作用。 3）浸潤(rùn)擴(kuò)散速度比熔化焊料快，通常要求擴(kuò)展率在90%以上。 4）粘度和密度比焊料小。 5）焊接時(shí)不產(chǎn)生焊珠飛濺，也不產(chǎn)生毒氣和強(qiáng)

15、烈的刺激性臭味。 6）焊后殘?jiān)子谌コ⒕哂胁桓g、不吸濕和不導(dǎo)電等特性。7）焊接后不沾手，焊后不易拉尖。在常溫下儲(chǔ)存穩(wěn)定。 2. 助焊劑的選用 1)不同的焊接方式需用不同狀態(tài)的助焊劑，波峰焊應(yīng)用液態(tài)助焊劑，再流焊應(yīng)用糊狀助焊劑。 2)當(dāng)焊接對(duì)象可焊性好時(shí)，不必采用活性強(qiáng)的助焊劑；當(dāng)焊接對(duì)象可焊性差時(shí)必須采用活性較強(qiáng)的助焊劑。在SMT中最常用的是中等活性的助焊劑。 3)清洗方式不同，要用不同類(lèi)型的助焊劑。選用有機(jī)溶劑清洗，需和有機(jī)類(lèi)或樹(shù)脂類(lèi)助焊劑相匹配；選用去離子水清洗，必需用水洗助焊劑；選用免洗方式，只能用固含量在0.5%3%的免洗助焊劑。表4-9為幾種典型助焊劑的特性。五、清洗劑1.清洗

16、劑的化學(xué)組成從清洗劑的特點(diǎn)考慮，選擇CFC113和甲基氯仿作為清洗劑的主體材料比較適宜。為改善清洗效果，常常在CFC113和甲基氯仿清洗劑中加入低級(jí)醇，如甲醇、乙醇等，但醇的加入會(huì)引起一些副作用，一方面CFC113和甲基氯仿易于同醇反應(yīng)，在有金屬共存時(shí)更加顯著，另一方面低級(jí)醇中帶入的水分還會(huì)引起水解反應(yīng)，由此產(chǎn)生的HCI具有強(qiáng)腐蝕性。因此，在CFC113和甲基氯仿中加入各類(lèi)穩(wěn)定劑顯得十分重要。在CFC113清洗劑中常用的穩(wěn)定劑有乙醇酯、丙烯酸酯、硝基烷烴、縮水甘油、炔醇、N甲基嗎啉、環(huán)氧烷類(lèi)化合物。2. 清洗劑的分類(lèi)與特點(diǎn) 現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的是以CFC113(三氟三氯乙烷)和甲基氯仿為主體的兩大類(lèi)

17、清洗劑。但他們對(duì)大氣臭氧層有破壞作用，現(xiàn)已開(kāi)發(fā)出CFC的替代產(chǎn)品，如半水清洗工藝中使用的半水洗溶劑BIOACT EC-7、Marc lean R等被認(rèn)為是最有希望的替代材料，而另一種替代材料HCFC(含氫氟氯)如9434、2010、2004都具有一定毒性。 一般說(shuō)來(lái)，一種性能良好的清洗劑應(yīng)當(dāng)具有以下特點(diǎn)： 1)脫脂效率高，對(duì)油脂、松香及其它樹(shù)脂有較強(qiáng)的溶解能力。 2)表面張力小，具有較好的浸潤(rùn)性。 3)對(duì)金屬材料不腐蝕，對(duì)高分子材料不溶解、不溶脹，不會(huì)損害元器件和標(biāo)記。 4)易揮發(fā)，在室溫下即能從印制板上除去。 5)不燃、不爆、低毒性，利于安全操作，也不會(huì)對(duì)人體造成危害。 6)殘留量低，清洗劑本身也不污染印制板。7)穩(wěn)定性好，在清洗過(guò)程中不會(huì)發(fā)生化學(xué)或物理作用，并具