年4月19日焊膏使用技術規范標準文檔僅供參考焊膏的使用規范摘要由焊膏產生的缺陷占SMT中缺陷的60％—70％,因此規范合理使用焊膏顯得尤為重要。本文結合本部門使用的經驗來介紹焊膏的一些特性和使用儲存的方法。關鍵詞焊膏漏版再流焊AbstractAbout60%—70%defectofthesurfacemountprocessismadebysolderpaste,soitisimportanttousesolderpastereasonable.Combinetheexperienceofsolderpasteofourdepartment,introducethecharacteristicandstoreusingmethod.Keywordsolderpastestencilreflow概述隨著再流焊技術的應用,焊膏已成為表面組裝技術(SMT)中最要的工藝材料,近年來獲得飛速發展。

在表面組裝件的回流焊中,焊膏被用來實施表面組裝元器件的引線或端點與印制板上焊盤的連接。焊膏涂覆是表面組裝技術一道關鍵工序,它將直接影響到表面組裝件的焊接質量和可靠性。焊膏的構成焊膏是一種均質混合物,由合金焊料粉,糊狀焊劑和一些添加劑混合而成的具有一定粘性和良好觸變性的膏狀體。在常溫下,焊膏可將電子元器件初粘在既定位置,當被加熱到一定溫度時(一般1830C)隨著溶劑和部分添加劑的揮發,合金粉的熔化,使被焊元器件和焊盤連在一起,冷卻形成永久連接的焊點。對焊膏的要求是具有多種涂布方式,特別具有良好的印刷性能和再流焊性能,并在貯存時具有穩定性。合金焊料粉合金焊料粉是焊膏的主要成分,約占焊膏重量的85％—90％。常見的合金焊料粉有以下幾種:錫–鉛(Sn–Pb)、錫–鉛–銀(Sn–Pb–Ag)、錫–鉛–鉍(Sn–Pb–Bi)等。合金焊料粉的成分和配比以及合金粉的形狀、粒度和表面氧化度對焊膏的性能影響很大,因此制造工藝較高。幾種常見合金焊料粉的金屬成分、熔點,最常見的合金成分為Sn63Pb3。Sn63Pb37和Sn62Pb36Ag2,其中Sn63Pb37的熔點為1830C,共晶狀態,摻入2％的銀以后熔點為179℃合金焊料粉的形狀:合金焊料粉的形狀可分為球形和橢圓形(無定形),它們對焊膏性能的影響見表1.由此可見,球形焊料具有良好的性能。常見合金焊料粉的顆粒度為(200/325)目,對細間距印刷要求更細的金屬顆粒度。合金焊料粉的表面氧化度與制造過程和形狀、尺寸有關。相對而言,球狀合金焊料粉的氧化度較小,一般氧化度應控制在0.5％以內,最好在10％—4％以下。一般,由印刷鋼板或網版的開口尺寸或注射器的口徑來決定選擇焊錫粉顆粒的大小和形狀。不同的焊盤尺寸和元器件引腳應選用不同顆粒度的焊料粉,不能都選用小顆粒,因為小顆粒有大得多的表面積,使得焊劑在處理表面氧化時負擔加重,表二為常見焊膏Sn62Pb36Ag2的物理特性。表1合金焊料粉的形狀對焊膏性能的影響

球形橢圓形粘度小大塌落度大小印刷性范圍廣,尤適合較細間距的絲網適合漏版及較粗間距的絲網注射滴涂適合不太適合表面積小大氧化度低高焊點亮度亮不夠光亮表2Sn62Pb36Ag2焊膏的物理特性合金成分熔點(0C)合金粉與焊劑比例(Wt)合金粉顆粒度合金粉形狀拉伸強度(Mpa)粘度Pa.s)焊劑中氯含量(Wt)延伸率(％)Sn62Pb36Ag2

179—180

85:15

300

球型和橢圓型混合

56.6

300

0

1592.2焊劑在焊膏中,焊劑是合金焊料粉的載體,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,使焊料迅速擴散并附著在被焊金屬表面。對焊劑的要求主要有以下幾點:a焊劑與合金焊料粉要混合均勻;b要采用高沸點溶劑,防止再流焊時產行飛濺;c高粘度,使合金焊料粉與溶劑不會分層;d低吸濕性,防止因水蒸汽引起飛濺;e氯離子含量低。焊劑的組成:一般,焊膏中的焊劑應包括以下幾種成分:活性劑、成膜劑和膠粘劑、潤濕劑、觸變劑、溶劑和增稠劑以及其它各類添加劑。焊劑的活性:對焊劑的活性必須控制,活性劑量太少可能因活性差而影響焊接效果,但活性劑量太多又會引起殘留量的增加,甚至使腐蝕性增強,特別是對焊劑中的鹵素含量更需嚴格控制,表3列出了三種不同的鹵素含量對其性能的影響。對免清洗焊膏,焊劑中鹵素含量必須小于0.05％,甚至完全不含鹵素,其活性主要靠加入有機酸來達到。表3不同鹵素含量的焊劑焊劑中鹵素含量特性<0.05％潤濕性不夠好,粘度變化小,腐蝕性小0.2％一般見于焊接Ag-Sn-Pb鍍層的電極或焊盤>0.4％用于Ni鍍層合金的焊接,觸變性差,殘留在PCB上使穩定性變差,有強的腐蝕性焊膏的組成及分類焊膏中的合金焊料粉與焊劑的通用配比見表四。表4焊膏中焊料粉與焊劑的配比成分重量比(％)體積比(％) 合金焊料粉85—9060—50焊劑15—1040—50其實,根據性能要求,焊劑的重量比還可擴大至8％—20％。焊膏中的焊劑的組成及含量對塌落度、粘度和觸變性等影響很大。金屬含量較高(大于90％)時,能夠改進焊膏的塌落度,有利于形成飽滿的焊點,而且由于焊劑量相對較少可減少焊劑殘留物,有效防止焊球的出現,缺點是對印刷和焊接工藝要求較嚴格;金屬含量較低(小于85%)時,印刷性好,焊膏不易粘刮刀,漏版壽命長,潤濕性好,另外加工較易,缺點是易塌落,易出現焊球和橋接等缺陷。對一般的再流焊工藝,金屬含量控制在88％—92％范圍內,氣相再流焊可控制在85％左右。對細間距元器件的再流焊,為避免塌落,金屬含量可大于92％,焊膏的分類能夠按以下幾種方法:按熔點的高低分:一般高溫焊膏為熔點大于250℃,低溫焊膏熔點小于1500C,常見的焊膏熔點為1790C—1830C,成分為Sn63Pb37和Sn62Pb36Ag2按焊劑的活性分:一般可分為無活性(R),中等活性(RMA)和活性(RA)焊膏。常見的為中等活性焊膏。按清洗方式分為有機溶劑清洗型,水清洗型,半水清洗型和免清洗型焊膏。常見的一般為免清洗型焊膏,在要求比較高的產品中能夠使用需清洗的的焊膏。焊膏的應用特性SMT對焊膏有以下要求:應用前具有的特性:焊膏應用前需具備以下特性:具有較長的貯存壽命,在0—100C下保存3—6個月。貯存時不會發生化學變化,也不會出現焊料粉和焊劑分離的現象,并保持其粘度和粘接性不變。吸濕性小、低毒、無臭、無腐蝕性。涂布時以及回流焊預熱過程中具有的特性:能采用絲網印刷、漏版印刷或注射滴涂等多種方式涂布,要具有良好的印刷性和滴涂性,脫模性良好,能連續順利進行涂布,不會堵塞絲網或漏版的孔眼以及注射用的管嘴,也不會溢出不必要的焊膏。有較長的工作壽命,在印刷或滴涂后一般要求能在常溫下放置12—24小時,其性能保持不變。在印刷或涂布后以及在再流焊預熱過程中,焊膏應保持原來的形狀和大小,不產生堵塞。再流焊加熱時具有的特征:良好的潤濕性能。要正確選用焊劑中活性劑和潤濕劑成分,以便達到潤濕性能要求。不發生焊料飛濺。這主要取決于焊膏的吸水性、焊膏中溶劑的類型、沸點和用量以及焊料粉中雜質類型和含量。形成最少量的焊球。它與諸多因素有關,既取決于焊膏中氧化物含量、合金粉的顆粒形狀及分布等因素,同時也與印刷和再流焊條件有關。再流焊后具有的特性:具有較好的焊接強度,確保不會因振動等因素出現元器件脫落。焊后殘留物穩定性能好,無腐蝕,有較高的絕緣電阻,且清洗性好。焊膏的選用焊膏的選用主要根據工藝條件,使用要求及焊膏的性能。能夠參考以下幾點來選用不同的焊膏:具有優異的保存穩定性。具有良好的印刷性(流動性、脫版性、連續印刷性)等。印刷后在長時間內對SMD持有一定的粘合性。焊接后能得到良好的接合狀態(焊點)。其焊接成分,具高絕緣性,低腐蝕性。對焊接后的焊劑殘渣有良好的清洗性,清洗后不可留有殘渣成分。焊膏的申購焊膏應根據需要提前2周采購,由工程師根據產品確定焊膏的型號和數量,報項目經理批準后購買,一般1—2周內到貨。另外,如批量生產需要較多的焊膏,應保證有至少1周的焊膏使用量,一般為8罐左右,提前購買。焊膏使用和貯存的注意事頂焊膏購買到貨后,應登記到達時間、保質期、型號,并為每罐焊膏編號。焊膏應以密封形式保存在恒溫、恒濕的冰箱內,溫度在約為(2—10)0C,溫度過高,焊劑與合金焊料粉起化學反應,使粘度上升影響其印刷性;溫度過低(低于00C),焊劑中的松香會產生結晶現象,使焊膏形狀惡化。焊膏使用時,應提前至少2小時從冰箱中取出,寫下時間、編號、使用者、應用的產品,并密封置于室溫下,待焊膏達到室溫時打開瓶蓋。如果在低溫下打開,容易吸收水汽,再流焊時容易產行錫珠。注意:不能把焊膏置于熱風器、空調等旁邊加速它的升溫。焊膏開封后,應至少用攪拌機或手工攪拌5分鐘,使焊膏中的各成分均勻,降低焊膏的粘度。注意:用攪拌機進行攪拌時,攪拌頻率要慢,大約1—2轉/秒鐘。焊膏置于漏版本上超過30分鐘未使用時,應先用絲印機的攪拌功能攪拌后再使用。若中間間隔時間較長,應將焊膏重新放回罐中并蓋緊瓶蓋,再次使用應按4)進行操作。根據印制板的幅面及焊點的多少,決定第一次加到漏版上的焊膏量,一般第一次加200—300克焊膏印刷后應在24小時內貼裝完,超過時間應把焊膏清洗后重新印刷。焊膏開封后,原則上應在當天內一次用完,超過時間使用期的焊膏絕對不能使用。從漏版上刮回的焊膏也應密封冷藏。10)焊膏印刷時間的最佳溫度為250C±30C,溫度以相對濕度60％為宜。溫度過高,焊膏容易吸收水汽,在再流焊時產生錫珠。焊膏的涂布涂布焊膏的方法主要有三種:注射滴涂、絲網印刷和漏版印刷。注射滴涂是采用專門的分配器(Dispensor)或手工來進行的,采用桶狀焊膏,一般適合小批量生產。絲網印刷是采用尼龍或不銹鋼絲狀材料編成絲網,并在上面刻出圖形,把焊膏漏印到PCB板上,一般適合組裝密度不高的中小批量生產。而我們最常見到的是漏版印刷,采用黃銅或不銹鋼鋼片,在上面刻出圖形,把焊膏印刷到PCB板上。漏版的制作有三種方法:蝕刻、激光和電鑄法。電鑄法。電鑄法由于加工成本高,在國內還沒有流行,蝕刻法由于其弱點,一般只能用0.5mm間距以上的產品,激光法由于精度高,孔壁光滑,容易脫模,價格比電鑄法便宜,比蝕刻法也貴不了多少,特別近來的廠家采用在孔壁上拋光的立方法,去除了毛刺,因此近來應用較廣,它適合0.3mm以上間距的印刷。激光漏版一般采用0.05—1.00mm的鋼片制作,常見的厚度為0.12mm—0.2mm之間。現在也有使用聚脂片制作,孔壁沒有毛刺,使用橡膠刀,壽命也很長,但制作成本很高。國內很少使用。焊接不良因及解決方法焊膏質量、印刷和再流焊等諸多因素可能引起焊接不良,據統計,大約有70％以上的缺陷是與焊膏印刷和再流焊過程有關。表五列出了一些常見的缺陷和解決方法。焊膏的再利用和報廢原則上,焊膏在開封后必須在一天之內用完,否則剩余的焊膏就不能再使用,可是根據我們現在的經驗,還是能夠做焊膏的再利用,能夠參考以下幾點來使用:對于通信類高科技產品和中試項目,考慮到它們的要求較高,一般使用新焊膏,且應該在使用期之內。對于民用產品和要求不高的簡單的產品,能夠使用上面產品使用剩余的焊膏。焊膏在使用之后,焊劑含量會降低,因此能夠在里面加入一點焊劑能夠明顯改進其將效果。使用期外的焊膏不可使用,但未開封的能夠用到民用產品或要求不高的產品中,根據需要在其中加入少許焊劑。使用期外剩的焊膏能夠申請報廢,報廢的程序是先由操作工通知工程師,并填寫焊膏報廢申請單,由主任批準后即可報廢。注意:報廢后的焊膏應放置在指定的容器中,不可隨便當垃圾處理以免污染環境。表5焊接缺陷和解決方法缺陷原因對策

橋接焊膏塌落焊膏太多加速度過快增加焊膏金屬含量或粘度、換焊膏降低刮刀壓力調整回流焊溫度曲線

虛焊元件和焊盤可焊性差再流焊溫度和升溫速度不當印刷參數不正確加強對PCB和元件的篩選調整回流焊溫度曲線減小焊膏粘度,改變刮刀壓力和速度

錫珠加熱速度過快焊膏吸收了水分焊膏被氧化PCB焊盤污染元器件安放壓力過大焊膏過多調整回流焊溫度曲線降低環境濕度采用新焊膏,縮短預熱時間增加焊膏的活性減少壓力降低刮刀壓力

冷焊加熱溫度不適合焊膏變質預熱過度,時間過長或溫度過高調整回流焊溫度曲線換新焊膏改進預熱條件焊膏塌落焊膏粘度低觸變性差環境溫度高選