�錫膏是一種均�、穩(wěn)定的錫合金粉�助焊�、以及溶劑的混合物。在焊接時可以形成合金性連接。這種物質(zhì)極適合表面貼裝的自動化生�(chǎn)的可靠性焊接,是現(xiàn)電子�(yè)高科技的產(chǎn)�。焊錫膏是助焊的,一是隔離空氣防止氧化,另外增加毛細作用,增加潤濕�,防�虛焊�
大致講來, 焊錫膏的成分可分成兩個大的部�, 即助焊劑和焊料粉(Flux&Solder powder)�
(一). 助焊劑的主要成分及其作用�
A. 活化�(Activation)� 該成分主要起到去除PCB銅膜焊盤表層及零件焊接部位的氧化物質(zhì)的作�, 同時具有降低�,鉛表面張力的功效�
B.觸變�(Thixotropic)� 該成份主要是�(diào)節(jié)焊錫膏的粘度以及印刷性能, 起到在印刷中防止出現(xiàn)拖尾、粘連等�(xiàn)象的作用�
C. 樹脂(Resins)� 該成份主要起到加大錫膏粘附�,而且有保護和防止焊后PCB再度氧化的作用;該項成分對零件固定起到很重要的作��
D. 溶劑(Solvent)� 該成份是焊劑成份的溶劑,在錫膏的攪拌過程中起�(diào)節(jié)均勻的作�,對焊錫膏的壽命有一定的影響�
(�)、焊料粉�
焊料粉又稱錫粉主要由錫鉛合金組成,一般比例為63/37; 另有特殊要求�,也有在錫鉛合金中添加一定量的銀、鉍等金屬的錫粉。概括來講錫粉的相關(guān)特性及其品�(zhì)要求有如下幾點:
A、錫粉的顆粒形態(tài)對錫膏的工作性能有很大的影響�
A-1、重要的一點是要求錫粉顆粒大小分布均勻,這里要談到錫粉顆粒度分布比例的問�;在國內(nèi)的焊料粉或焊錫膏生產(chǎn)廠商,大家經(jīng)常用分布比例衡量錫粉的均勻度:以25~45um的錫粉為�,通常要求35um左右的顆粒分度比例為60[%]左右的顆粒分度比例為60[%]左右�35um以下及以上部分各�20[%]左右�
A-2、另外也要求錫粉顆粒形狀較為�(guī)�;根�(jù)“中華人民共和國電子行業(yè)標準《錫鉛膏狀焊料通用�(guī)范�(SJ/T 11186-1998)”中相關(guān)�(guī)定如下:“合金粉末形狀�(yīng)是球形的,但允許長軸與短軸的比為1.5的近球形狀粉末。如用戶與制造廠達成�(xié)�,也可為其他形狀的合金粉�?!痹趯嶋H的工作中,通常要求為錫粉顆粒長、短軸的比例一般在1.2以下�
A-3、如果以上A-1及A-2的要求項不能達到上述基本的要�,在焊錫膏的使用過程�,將很有可能會影響錫膏印�、點注以及焊接的效果�
B、各種錫膏中錫粉與助焊劑的比例也不盡相同,選擇錫膏時,應(yīng)根據(jù)所生產(chǎn)�(chǎn)�、生�(chǎn)工藝、焊接元器件的精密程序以及對焊接效果的要求等方面,去選擇不同的錫�;
B-1、根�(jù)“中華人民共和國電子行業(yè)標準《錫鉛膏狀焊料通用�(guī)范�(SJ/T 11186-1998)”中相關(guān)�(guī)定,“焊膏中合金粉末百分(質(zhì)量)含量�(yīng)�65[%]-96[%],合金粉末百�(�(zhì)量)含量的實測值與訂貨單預(yù)定值偏差不大于 /-1[%];通常在實際的使用�,所選用錫膏其錫粉含量大約在90[%]左右,即錫粉與助焊劑的比例大致為90:10�
B-2、普通的印刷制式工藝多選用錫粉含量在89-91.5[%]的錫��
B-3、當使用針點點注式工藝時,多選用錫粉含量�84-87[%]的錫��
B-4、回流焊要求器件管腳焊接牢固、焊點飽�、光滑并在器�(阻容器件)端頭高度方向上有1/3�2/3高度焊料爬升,而焊錫膏中金屬合金的含量,對回流焊焊后焊料厚�(即焊點的飽滿程度)有一定的影響;為了證實這種問題的存�,有�(guān)專家曾做過相�(guān)的實�,現(xiàn)摘抄其最終實驗結(jié)果如下表供參考:
從上表看�,隨著金屬含量減�,回流焊后焊料的厚度減少,為了滿足對焊點的焊錫量的要�,通常選用85[%]~92[%]含量的焊膏�
C、錫粉的“低氧化度”也是非常重要的一個品�(zhì)要求,這也是錫粉在生產(chǎn)或保管過程中�(yīng)該注意的一個問�;如果不注意這個問題,用氧化度較高的錫粉做出的焊錫�,將在焊接過程中嚴重影響焊接的品�(zhì)�
焊錫膏的回流焊接是用在SMT裝配工藝中的主要板綴互連連方�,這種焊接方法把所需要的焊接性極好地�(jié)合在一�,這些些特性包括易于加�,對各種SMT�(shè)計有廣泛的兼容�,具有高的焊接可靠性以及成本低�;然�,在回流焊接被用作為生要的SMT元件級和板綴互連連的時�,它也受到要求進一步改進焊接性的挑戰(zhàn),事實�,回流焊技�(shù)能否�(jīng)受住這一挑戰(zhàn)將決定焊膏能否繼�(xù)作為首要的SMT焊接材料,尤其是在超細微間距技�(shù)不斷取得進展的情況下.下面我們將探討影響改進回流焊接性能的幾個問�,為激�(fā)工業(yè)界研究出解決這一課的新方�,我們分別對每個問題簡要介紹如�:
一、底版元件的固定
多層回流焊接已采用多�,在此,先對面進行印刷布布�,安裝元件和軟�,然后翻過來對電路板的另一面進行加工處理,為了更節(jié)省起�,某些工藝省去了對面的軟迷,而是同時軟熔頂面和底�,典型的例子是電路板底面上僅有小的元件,如芯片電容器和芯片電阻器,出于印刷電路�(PCB)的設(shè)計越來越�(fù)�,裝在底面的元件也越來越大,�(jié)果軟熔時元件脫落成為一個重要的問題.顯然,元件脫落�(xiàn)象是由于軟熔時熔化了的焊料對元件垂直固定力不�,而垂直固定力不足可歸因于元件重量增加,元件的可焊性差,焊劑的潤濕性或焊料量不足等,其中,每一個因素是最根本的原�.如果在對后面的三個因素加以改進后仍有元件脫落�(xiàn)象艷情在,就必須使用SMT粘結(jié)�.顯然,使用粘結(jié)劑將會使軟熔時元件自對準的效果變�.
二、虛�!假焊!
虛焊是在相鄰的引線之間形成焊�.通常,所有能引起焊膏脫落塌落的因素都會導(dǎo)致虛�,這些因素包括: 1,加熱速度太快; 2,焊膏的觸變性能太差或是焊膏的粘度在剪切后恢�(fù)太慢; 3,金屬負荷或固體含量太�; 4,粉料粒度頒太�;職工 5,焊劑表面張力太小.但是,塌落并非必然引起未焊�,在軟熔時,熔化了的未焊滿焊料在表面張力的推動下有斷開的可能,焊料流失�(xiàn)象將使未焊滿問題變得更加嚴重.在此情況�,由于焊料流失而聚集在某一區(qū)域的過量的焊料將會使熔融焊料變得過多而不易斷�.
除了引起焊膏塌落的因素外,下面的因素也引起不滿焊的常見原因: 1,相對焊點之間的空間而言,焊膏熔敷太多; 2,加熱溫度過高; 3,焊膏受熱速度比電路板更快; 4,焊劑潤濕速度太快; 5,焊劑蒸氣壓太�; 6,焊劑的溶劑成分太�; 7,焊劑樹脂軟化點太�.
�、繼�(xù)潤濕
焊料膜的斷續(xù)潤濕是指出現(xiàn)在光滑的表面�(1,4,5),這是由于焊料表面能粘在大多數(shù)的固體金屬表面上,,并且在融化了的焊料覆蓋層下隱藏著某些未被潤濕的點,因此,在最初用熔化的焊料來覆蓋表面�,會有繼續(xù)潤濕的現(xiàn)象出�(xiàn).亞穩(wěn)�(tài)的熔融焊料覆蓋層在最小表面能�(qū)動力的作用下會發(fā)生收�,不一會兒之后就聚集成分離的小球和脊狀禿起�.繼續(xù)潤濕也能由部件于熔化的焊料相接觸時放出的氣體而引�.由于有機物的熱分解或無機物的水合作用而釋放的水份都會�(chǎn)生氣�.水蒸氣是這些有關(guān)氣體的最常見的成�,在焊接溫度下,水蒸氣具有極強的氧化作用,能夠氧化熔融焊料膜的表面或某些表面下的界�(典型的例子是在熔焊料交界上的金屬氧化物表�).常見的情況是較高的焊接溫度和較長的停留時間會�(dǎo)致更為嚴重的斷續(xù)潤濕�(xiàn)�,尤其是在基體金屬之中,反應(yīng)速度的增加會�(dǎo)致更加猛烈的氣體釋放.與此同時,較長的停留時間也會延長氣體釋放的時間.以上兩種方法都會增加釋放氣體�,消除繼續(xù)潤濕�(xiàn)象的方法�: 1,降低焊接溫度; 2,�
短軟熔的停留時間; 3,采用流動的惰性氣�; 4,降低污染程度.
�、低殘留�
對不用清理的軟熔工藝而言,為了獲得裝飾上或功能上的效果,常常要求低殘留物,對功能要求方面的例子包括”通過在電路中測試的焊劑殘留物來探查測試堆焊層以及在插入接頭與軟熔焊點附近的通孔之間衽電接觸�,較多的焊劑殘渣常會導(dǎo)致在要實行電接觸的金屬層上有過多的殘留物覆蓋,這會妨礙電連接的建�,在電路密度日益增加的情況�,這個問題越�(fā)受到人們的�(guān)�.
顯然,不用清理的低殘留物焊膏是滿足這個要求的一個理想的解決方法然�,與此相關(guān)的軟熔必要條件卻使這個問題變得更加復(fù)雜了.為了�(yù)測在不同級別的惰性軟熔中低殘留物焊膏的焊接性能,提出一個半�(jīng)驗的模型,這個模型預(yù)�,隨著氧含量的降低,焊接性能會迅速地改�,然后逐漸趨于平穩(wěn),實驗�(jié)果表�,,隨著氧濃度的降低,焊接強度和焊膏的潤濕能力會有所增加,此年,焊接強度也隨著焊劑中固體含量的增加而增�.實驗�(shù)�(jù)所提出的模型是可比較的,并強有力地方證明了模型是有效�,能夠用以�(yù)測焊膏與材料的焊接性能,因此,可以斷言,為了在焊接工藝中成功地采用不用清理的低殘留物焊料,�(yīng)當使用惰性的軟熔氣氛.
無、間�
間隙是指在元件引線與電路板焊點之間沒有形成焊�.一般來�,這可歸于以下四方面的原因: 1,焊料熔敷不足; 2,引線共面性差;青團 3,潤濕不夠; 4,焊料耗損 這是由預(yù)鍍錫的印刷電路板上焊膏塌�,引線的芯吸作�(2,3,4)或焊點附近的通孔引起�,引線共面性問題是新的重量較輕�12密�(um)間距的四芯線扁平集中電路(QFPQuad flat packs)的一個特別令人關(guān)注的問題,為了解決這個問�,提出了在裝配之前用焊料來預(yù)涂覆焊點的方法(9�,此方法是擴大局部焊點的尺寸并沿著鼓起的焊料�(yù)覆蓋區(qū)形成一個可控制的局部焊接區(qū),并由此來抵償引線共面的變化和防止間�,引線的芯吸作用可以通過減慢加熱速度以及讓底面比頂面受熱更多來加以解決,此外,使用潤濕速度較慢的焊劑,較高的活化溫度能延緩熔化的錫膏(如混有錫粉和鉛粉的焊膏)也能限度地減少芯吸作�,在用錫鉛覆蓋層光整電路板之�,用焊料掩膜來覆蓋連接路徑也能防止由附近的通孔引起的芯吸作用�
�、焊料成�
焊料成球是最常見也是最棘手的問題這指軟熔工序中焊料在離主焊料熔池不遠的地方凝固成大小不等的球粒;大多�(shù)情況�,這些球粒是由焊膏中的焊料粉組成的,焊料成球使電路板會有電路短�,漏電和焊接點上焊料不足等問題發(fā)�。隨著細微間距技�(shù)和不用清理的焊接方法的進展,人們越來越迫切地要求使用無焊料成球�(xiàn)象的SMT工藝�
引起焊料成球�1�2�4�20)的原因包括� 1,由于電路印制工藝不當而造成的油漬;菜花 2,焊膏過多地暴露在具有氧化作用的�(huán)境中� 3,焊膏過多地暴露在潮濕環(huán)境中� 4,不適當?shù)募訜岱椒ǎ?nbsp; 5,加熱速度太快� 6,預(yù)熱斷面太�� 7,焊料掩膜和焊膏間的相互作用� 8,焊劑活性不�� 9,焊粉氧化物或污染物過多� 10,塵粒太�� 11,在特定的軟熔處理中,焊劑里混入了不適當?shù)膿]�(fā)�� 12,由于焊膏配方不當而引起的焊料塌落� 13,焊膏使用前沒有充分恢復(fù)至室溫就打開包裝使用� 14,印刷厚度過厚導(dǎo)致“塌落”形成錫�� 15,焊談吐中金屬含量偏��
七、焊料結(jié)�
焊料�(jié)珠是在使用焊膏和SMT工藝時焊料成球的一個特殊現(xiàn)�,簡單地�,焊珠是指那些非常大的焊球,其上粘帶有(或沒有)細小的焊料球�11�。它們形成在具有極低的托腳元件如芯片電容器的周圍。焊料結(jié)珠是由焊劑排氣而引�,在�(yù)熱階段這種排氣作用超過焊膏的內(nèi)聚力,排氣促進了焊膏在低間隙元件
下形成孤立的團粒,在軟熔時,熔化了的孤立焊膏再次從元件下冒出�,并聚結(jié)��
焊接�(jié)珠的原因包括� 1,印刷電路的厚度太高� 2,焊點和元件重疊太多� 3,在元件下涂了過多錫�� 4,安置元件的壓力太大� 5,預(yù)熱時溫度上升速度太快� 6,預(yù)熱溫度太高; 7,在濕氣從元件和阻焊料中釋放出來� 8,焊劑的活性太高; 9,所用的究料太細� 10,金屬負荷太�� 11,焊膏塌落太多; 12,焊粉氧化物太多� 13,溶劑蒸氣壓不足,消除焊料的最簡易的方法也許是改變模版孔隙形狀,以使在低托腳元件和焊點之間夾有較少的焊膏�
�、焊接角焊接�
焊接角縫抬起指在波峰焊接后引線和焊接角焊縫從具有細微電路間距的四芯線組扁平集成電路(QFP)的焊點上完全抬起來,特別是在元件棱角附近的地方,一個可能的原因是在波峰焊前抽樣檢測時加在引線上的機械應(yīng)力,或者是在處理電路板時掃受到的機械損壞(12�。在波峰焊前抽樣檢測�,用一個鑷子劃過QFP元件的引�,以確定是否所有的引線在軟熔烘烤時都焊上了;其�(jié)果是�(chǎn)生了沒有對準的焊�,這可在從上向下觀察看�,如果板的下面加熱在焊接區(qū)/角焊縫的間界面上引起了部分二次軟�,那�,從電路板抬起引線和角焊縫能夠減輕內(nèi)在的�(yīng)�,防止這個問題的一個辦法是在波峰焊之后(而不是在波峰焊之前)進行抽樣檢查�
�、豎�
豎碑是指無引線元件(如片式電容器或電阻)的一端離開了襯底,甚至整個元件都支在它的一端上�
豎碑也稱為Manhattan效應(yīng),Drawbridging效應(yīng)或Stonehenge效應(yīng),安是由軟熔元件兩端不均勻潤滑而引起的;因�,熔融焊料的不夠均衡的表面張力拉力就施加在元件的兩端上,隨著SMT小型化的進展,電子元件對這個問題也變得越來越敏感�
此種狀況形成的原因� 1,加熱不均勻� 2,元件問題:外形差異,重量太�,可焊性差異;
3,基板材料導(dǎo)熱性差,基板的厚度均勻性差� 4,焊盤的熱容量差異較�,焊盤的可焊性差異較�� 5,錫膏中肋焊劑的均勻性關(guān)差,兩個焊盤上的錫膏的錫膏厚度差異較大,錫膏太�,印刷精度差,錯位嚴重; 6,預(yù)熱溫度太�� 7,貼裝精度差,元件偏移嚴��
十、Ball Grid Array(BGA)成球不良
BGA成球常最到諸如未焊滿,焊球不對準,焊球漏失以及焊料不足等缺陷,這通常是由于軟熔時對球體的固定力不足或自定力不足而引起的。固定力不足可能是低粘稠,高阻擋厚度或高放氣速度造成�;而自定力不足一般由焊劑量活性較差弱或焊料量過低而引��
BGA成球作用可通過單獨使用焊膏或者將焊料球與焊膏以及焊料球與焊劑一起使用來實現(xiàn);正確的可行方法是將整體�(yù)成形與焊劑或焊膏一起起使用。最通用的方法看來是將焊料球與焊膏一起使用,利用�62�63球焊的成球工藝產(chǎn)生了極好的效�。在使用焊劑來進行�62或錫63球焊的情況下,缺陷率隨著焊劑粘度,溶劑的揮發(fā)性和間距尺寸的下降而增�,同時也隨著焊劑的熔敷厚度,焊劑的活性以及焊點直徑的增加而增�,在用焊膏來進行高溫熔化的球焊系�(tǒng)中,沒有觀察到有焊球漏失現(xiàn)象出�(xiàn),并且其對準確度隨焊膏熔敷厚度與熔劑揮發(fā)�,焊劑的活�,焊點的尺寸與可焊性以及金屬負載的增加而增加,在使用錫63焊膏�,焊膏的粘度,間距與軟熔截面對高熔化溫度下的成球幾秋沒的影響。在要求采用常規(guī)的印刷釋放工藝的情況下,易于釋放的焊膏對焊膏的單獨成球是至關(guān)重要�。整體預(yù)成形的成球工藝也是很有發(fā)展前途的。減少焊料鏈接的厚度與寬度對提高成球的成功率也是相當重要��
十一、形成假�
形成孔隙通常是一個與焊接接頭的相�(guān)的問題。尤其是�(yīng)用SMT技�(shù)來軟熔焊膏的時�,在采用無引線陶瓷芯片的情況�,絕大部分的大孔隙(�0�0005英寸/0�01毫米)是處于LCCC焊點和印刷電路板焊點之間,與此同時,在LCCC城堡狀物附近的角縫�,僅有很少量的小孔隙,孔隙的存在會影響焊接接頭的機械性能,并會損害接頭的強�,延展性和疲勞壽命,這也是引起損壞的原因.此外,焊料在凝固時會發(fā)生收�,焊接電鍍通孔時的分層排氣以及夾帶焊劑等也是造成孔隙的原�.
在焊接過程中,形成孔隙的械制是比較�(fù)雜的,一般而言,孔隙是由軟熔時夾層狀�(jié)�(gòu)中的焊料中夾帶的焊劑排氣而造成�(2,13)孔隙的形成主要由金屬化區(qū)的可焊性決�,并隨著焊劑活性的降低,粉末的金屬負荷的增加以及引線接頭下的覆蓋區(qū)的增加而變�,減少焊料顆粒的尺寸僅能稍許增加孔�.此外,孔隙的形成也與焊料粉的聚�(jié)和消除固定金屬氧化物之間的時間分配有�(guān).焊膏聚結(jié)越旱,形成的孔隙也越多.通常,大孔隙的比例隨總孔隙量的增加而增�,與總孔隙量的分析�(jié)果所示的情況相比,那些有啟�(fā)性的形成因素將會對焊接接頭的可靠性產(chǎn)生更大的影響,控制孔隙形成的方法包�: 1,改進元�/衫底的可焊�; 2,采用具有較高肋焊活性的焊劑; 3,減少焊料粉狀氧化�; 4,采用惰性加熱氛; 5,減緩軟熔前的�(yù)熱過程與上述情況相比,在BGA裝配中孔隙的形成遵照一個略有不同的模式(14)一般來�,在采用肯有較高焊料塊的BGA裝配中孔隙主要上在板級裝配階段生成的,在預(yù)鍍錫的印刷電路板�,BGA接頭的孔隙量隨溶劑的揮發(fā)�,金屬萬分和軟熔溫度的升高而增�,同時也隨粉粒尺寸的減少而增�;這可由決定焊劑排出速度的粘度來加以解釋,按照這個模�,在軟熔溫度下有較高粘度的肋焊劑介質(zhì)會妨礙焊劑從熔融焊料中排�,因�,增加夾帶焊劑的�(shù)量會增大放氣的可能�,從而導(dǎo)致在BGA裝配中有較大的孔隙度,在不考慮固定的金屬化區(qū)的可焊性的情況�,焊劑的活性和軟熔氣氛對孔隙生成的影響似乎可以忽略不計,大孔隙的比例會隨著總孔隙量的增加而增�,這就表明,與總孔隙量分析�(jié)果所示的情況相比,在BGA中引起孔隙生成的因素對焊接接頭的可靠性有更大的影響,這一點與在SMT工藝中孔隙生成的情況相似�
十二、楷�
焊膏的回流焊接是SMT裝配工藝中的主要的板級互連方�,影響回流焊的主要問題包括:底面元件的固�,未焊滿,斷�(xù)潤濕,低殘留�,間�,焊料成�,焊料結(jié)�,焊接角焊縫抬起,TombstoningBGA成球不良,形成孔隙等,問題還不僅于此,在本文中未提及的問題還有浸析作�,金屬間化物,不潤濕,歪�,無鉛焊接等,只有解決了這些問題,回流焊接作為一個重要的SMT裝配方法,才能在超細微間距的時代繼續(xù)成功地保留下�.
1、保證在各種模式下正確使用錫��
--檢查錫膏的類�,合金類型和網(wǎng)目類��
--不同的焊膏適用于不同的應(yīng)用模式或生產(chǎn)�
2、錫膏從冰箱拿出解凍到室溫最少需�4個小�,在存儲期�,錫膏不可低于0��
--避免�(jié)晶�
--保證錫膏到可使用的條��
--�(yù)防錫膏結(jié)塊�
--不過在解凍后,使用過的和未使用的焊膏都可以恢復(fù)它本來的性能�
(備注:參照后面錫膏存儲壽命)
3、在使用之前,要完�,輕輕地攪拌錫�,通常�1分鐘�
--使錫膏均��
4、在使用時的任何時�,只保證只�1瓶錫膏開��
--在生�(chǎn)的所有時間里,保證使用的是新鮮錫膏�
5、對開過蓋的和殘留下來的錫膏,在不使用�,�(nèi)\外蓋一定是緊緊蓋著的�
--�(yù)防錫膏變干和氧化,延長在使用過程中錫膏的自身壽��
6、在使用錫膏�,實行“先進先出”的工作程序�
--使用錫膏一直處于性能狀�(tài)�
7、確保錫膏在印刷時是“熱狗”式滾動,“熱狗”的厚度約等�1/2�3/4個金屬刮刀的高��
--�(jiān)測錫膏粘度的指導(dǎo)方法�
--正確的滾動可以確保焊膏漂亮的印刷到鋼�(wǎng)的開口處�
8、印有錫膏的PCB,為保證錫膏的焊接品質(zhì),�1個小時內(nèi)流到下一個工��
--防止錫膏變干和粘度減��
9、在錫膏不用超過1個小�,為保持錫膏狀�(tài),錫膏不要留在鋼網(wǎng)��
--�(yù)防錫膏變干和不必要的鋼網(wǎng)堵孔�
10、盡量不要把新鮮錫膏和用過的錫膏放入同一個瓶�,當要從鋼�(wǎng)收掉錫膏�,要換另一個空瓶來裝�
--防止新鮮錫膏被舊錫膏污染�
--對于使用過的錫膏的保存方�,參見前面的“儲存”程��
--重新使用舊錫膏的方法,參見本章節(jié)的步�1-4�
11、建議新、舊錫膏混合使用�,�1/4的舊錫膏�3/4的新鮮錫膏均勻攪拌在一起�
--保持�,舊錫膏在混合在一起時都處于狀�(tài)�
錫膏存儲壽命:
�(huán)境: 18--28�
RH � 30--60�
維庫電子通,電子知識,一查百通!
已收錄詞�153979�