03焊膏通用工艺.docx
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1、焊膏通用工艺3.1工艺目的把适量的SnPb焊膏匀称地施加在PCB的焊盘上,以保证贴片元器件及PCB相对应的焊盘达到良好的电气连接,并具有足够的机械强度。3.2施加焊膏技术要求施加焊膏要求:a.施加的焊膏量匀称,一样性好。焊膏图形要清楚,相邻的图形之间尽量不要粘连。焊膏图形及焊盘图形要一样,尽量不要错位。b.在一般状况下,焊盘上单位面积的焊膏量应为O.8mgmm2左右。对窄间距元器件,应为0.5mgmm2左右。C.印刷在基板上的焊膏及希望重量值相比,可允许有肯定的偏差,至于焊膏覆盖每个焊盘的面积,应在75%以上。采纳免清洗技术时,要求焊膏全部位于焊盘上。d.焊膏印刷后,应无严峻塌落,边缘整齐,错
2、位不大于0.2mm,对窄间距元器件焊盘,错位不大于0.1mm。基板表面不允许被焊膏污染。采纳免清洗技术时,可通过缩小模板开口尺寸的方法,使焊膏全部位于焊盘上。3.3表面组装工艺材料一一焊膏焊膏是表面组装再流焊工艺必需材料。常温下,由于焊膏具有肯定的黏性,可将电子元器件短暂固定在PCB的既定位置上。当焊膏加热到肯定温度时,焊膏中的合金粉末熔融再流淌,液体焊料浸润元器件的焊端及PCB焊盘,冷却后元器件的焊端及PCB焊盘被焊料互联在一起,形成电气和机械连结的焊点。焊膏的分类a按合金粉末的成分分:有铅和无铅,含银和不含银;b按合金熔点分:高温、中温柔低温;c按合金粉末的颗粒度可分为:一般间距和窄间距用
3、;d按焊剂的成分分:免清洗、有机溶剂清洗和水清洗e按焊剂活性可分为:R(非活性)、RMA(中等活性)、RA(全活,性)Of按黏度可分为:印刷用和滴涂用。3.3.2焊膏的组成.焊膏是由有金焊料粉、糊状焊剂和一些添加剂混合而成的具有肯定粘性和良好触变特性的膏状体。表3-1焊膏的组成及功能组成功能合金粉末元器件和电路的机械和电气连接焊剂活化剂元器件和电路的机械和电气连接粘接剂供应贴装元器件所需的粘性润湿剂增加焊膏和被焊件之间润湿性溶剂调整焊膏特性触变剂改善焊膏的触变性其它添加剂改进焊膏的抗腐蚀性、焊点的光亮度及阻燃性能等3.3.2.1合金粉末合金粉末是焊膏的主要成分,合金粉末的组成、颗粒形态和尺寸是
4、确定焊膏特征以及焊点质量的关键因素。目前最常用焊膏的金属组分为Sn63Pb37和Sn62Pb36Ag2o表3-2常用焊膏的金属组分、熔化温度及用途金属组份熔化温度用途液相线固相线Sn63Pb37183共晶适用于一般表面组装板,不适用于含Ag、Ag/Pa材料电极的元器件。Sn60Pb40183188用途同上。Sn62Pb36Ag2179共晶适用于含AgAg/Pa材料电极的元器件。(不适用于水金板)。SnlOPb88Ag2268290适用于耐高温元器件及须要两次再流焊表面组装板的首次再流焊(不适用于水金板)221共晶适用于要求焊点强度较高的表面组装板的焊接(不适用于水金板)。Sn42Bi58138
5、共晶适用于热敏元器件及须要两次再流焊表面组装板的其次次再流焊。常用的合金粉末颗粒尺寸分为四个类型,对窄间距元器件,一般选用25-45mo表3-3四种粒度等级的焊膏80%以上的颗粒尺寸(UnI)大颗粒要求微粉颗粒要求1型75150150m的颗粒应少于1%75m的颗粒应少于1%3型204545Unl的颗粒应少于1%4型203838m的颗粒应少于1%合金粉末颗粒形态有球形和不定形(针状、棒状)。合金粉末表面氧化物含量应小于0.5%,最好限制在80ppm以下。3. 3.2.2焊剂焊剂是净化焊接表面,提高润湿性,防止焊料氧化和确保焊膏质量以及优良工艺性的关键材料。焊剂的组成对焊膏的扩展性、润湿性、塌落度
6、、粘性变更、清洗性、焊珠飞溅及储存寿命均有较大的影响。表3-4焊剂的主要成分和功能焊剂成分运用的主要材料功能树脂松香、合成树脂净化金属表面、提高润湿性粘接剂松香、松香脂、聚丁烯供应贴装元器件所需的粘性活化剂胺、苯胺、联氨卤化盐、硬脂酸等净化金属表面溶剂甘油、乙醇类、酮类调整焊膏工艺特性其它触变剂、界面活性剂、消光剂防止分散和塌边、调整工艺性对焊膏的技术要求要求焊膏及PCB焊盘、元件端头或引脚可焊性(浸润性)要好,焊接时起球少,焊点强度较高;要求储存期和室温下运用寿命长;焊膏粘度要满足工艺要求,既要保证印刷时具有优良的印刷性、脱模性,又要保证良好的触变性(保形性),印刷后焊膏不塌落。1焊膏应用前
7、a焊膏制备后到印刷前的储存期内,在210C下冷藏(或在常温下)保存一年(至少3-6个月),焊膏的性能应保持不变;b焊膏中的金属粉末及焊剂不分层;c吸湿性小,低毒、无臭、无腐蚀性。.2焊膏应用时a要求焊膏的粘度随时间变更小。室温下连续印刷时,要求焊膏不易干燥,印刷性(滚动性)好,有较长的工作寿命。b具有良好的脱模性,连续印刷时,不堵塞模板漏孔;c印刷后保持原来的形态和大小,不产生塌落具有良好的触变性(保形性),;d印刷后常温下放置1224小时,至少4小时,其性能保持不变;.3再流焊时a再流焊预热过程中,要求焊膏塌落变形小;b再流焊时润湿性好,焊料飞溅少,形成最少量的焊料球;c良好的润湿性能;.4
8、再流焊后a形成的焊点有足够的强度,确保不会因加电、振动等因素出现焊接点失效;b焊后残留物稳定性好,无腐蚀,有较高的绝缘电阻,溶剂清洗及水清洗型焊膏要求焊后清洗性好。3.3.4影响焊膏特性的主要参数3.3.4.1合金焊料成份、焊剂的组成以及合金焊料及焊剂的配比合金焊料成份、焊剂的组成以及合金焊料及焊剂的配比是确定焊膏的熔点、焊膏的印刷性、可焊性以及焊点质量的关键参数要求焊膏的合金组分尽量达到共晶或近共晶。由于共晶焊料有共晶点,当温度达到共晶点时焊料全部呈液相状态,因此焊点凝固时形成的结晶颗粒最致密,焊点强度最高。A-B-C线液相线A-D、OE线固相线D-F、E-G线溶解度曲线&D-B-E线共晶点
9、1.区液体状态1.+、1.+区二相混合状态图3-1Sn/Pb合金二元晶相图合金焊料及焊剂的配比是以合金焊料在焊膏中的重量百分含量来表示的。合金焊料重量百分含量干脆影响焊膏的黏度和印刷性,因此要依据不同的焊剂系统以及施加焊膏的方法选择合适的合金焊料重量百分含量。一般合金焊料粉百分含量在7590%。免清洗焊膏和模板印刷工艺用的合金焊料粉百分含量高一些,一般在8590%,滴涂工艺用的合金焊料粉百分含量低一些,在7585%o3.3.4.2合金焊料粉末颗粒尺寸、形态和分布焊料合金粉末颗粒的尺寸、形态及其匀称性是影响焊膏性能的重要参数,影响焊膏的印刷性、脱摸性和可焊性。细小颗粒的焊膏印刷性比较好,特殊对于
10、高密度、窄间距的产品,由于模板开口尺寸小,必需采纳小颗粒合金粉末,否则会影响印刷性和脱摸性。二般焊料颗粒直径约为模板开口尺寸的l5o小颗粒合金粉的焊膏印刷图形的清楚度高,但简洁产生塌边,由于细小颗粒的表面积大,被氧化的程度和机会也多。因此,组装密度不高时,在不影响印刷性的状况下可适当选择粗一点的合金粉末,既有利于提高可焊性,又可降低焊膏的成本。合金粉末的形态也会影响焊膏的印刷性、脱摸性和可焊性。球形颗粒的合金粉末组成的焊膏粘度较低,印刷后焊膏图形简洁塌落,印刷性好,适用范围广,尤其适用于高密度窄间距的丝网及金属模板印刷,同时适用于滴涂工艺。球形颗粒的表面积小,含氧量低,焊点光亮,有利于提高焊接
11、质量。因此目前一般都采纳球形颗粒。不定形颗粒的合金粉末组成的焊膏粘度高,印刷后焊膏图形不易塌落,由于不定形颗粒的尺寸大,印刷性较差,只适用于组装密度较低的金属模板及较粗的丝网印刷。另外由于不定形颗粒的表面积大,含氧量高,影响焊接质量和焊点亮度。因此目前一般都不采纳不定形颗粒。但由于不定形颗粒的加工成本较低,因此在组装密度不大、要求不高、以及穿心电容等较大焊接点的场合可以应用O合金粉末颗粒的匀称性也会影响焊膏的印刷性和可焊性,要限制较大颗粒及微粉颗粒的含量,见表4。大颗粒影响漏印性,过细的微粉颗粒在再流焊预热升温阶段简洁随溶剂的挥发飞溅,形成小锡珠。因此201.Im微粉颗粒应限制在10%以下。3
12、.3.4.3粘度焊膏是一种触变性流体,在外力的作用下能产生流淌。粘度是焊膏的主要特性指标,它是影响印刷性能的重要因素:粘度太大,焊膏不易穿出模板的漏孔,印出的图形残缺不全影响焊膏粘度的主要因素:合金焊料粉的百分含量:合金含量高,粘度就大;焊剂百分含量高,粘度就小。Akn合金粉末含量量)图3-2合金焊料粉含量及黏度的关系粉末颗粒大小:合金粉末颗粒尺寸增大,粘度减小,粉末颗粒尺寸削减,粘度增加。温度:温度增加,焊膏粘度减小,温度降低,焊膏粘度增加。粒度(urn)图3-3温度对黏度的影响图3-4合金粉末粒度对黏度的影响3.3.4.4触变指数和塌落度焊膏是触变性流体,焊膏的塌落度主要及焊膏的粘度和触变
13、性有关。触变指数高,塌落度小;触变指数低,塌落度大。触变指数和塌落度主要是由合金焊料及焊剂的配比,即合金粉末在焊膏中的重量百分含量有关,还及焊剂载体中的触变剂性能和添加量有关。3.3.4.5工作寿命和储存期限工作寿命是指在室温下连续印刷时,焊膏的粘度随时间变更小,焊膏不易干燥,印刷性(滚动性)稳定,同时焊膏从被涂敷到PCB上后到贴装元器件之前和再流焊不失效,一般要求在常温下放置1224小时,至少4小时,其性能保持不变。储存期限是指在规定的保存条件下,焊膏从出厂到性能不致严峻降低,能够不失效的正常运用之前的保存期限,一般规定在210C下保存一年,至少36个月。3.3.5无铅焊料简介3.3.5.1
14、无铅焊料的发展动态铅及其化合物会给人类生活环境和平安带来较大的危害。电子工业中大量运用Sn/Pb合金焊料是造成污染的重要来源之一。日本首先研制出无铅焊料并应用到实际生产中,并提出2019年禁止运用。美国和欧洲提出2019年禁止运用。另外,特殊强调电子产品的废品回收问题。我国一些独资、合资企业的出口产品也有了应用。无铅焊料已进入好用性阶段。我国目前还没有详细政策,目前一般焊膏还接着沿用,但发展是特别快的,加入WTO会加速跟上世界步伐。我们应当做好打算,例如收集资料、理论学习等。3. 3.5.2对无铅焊料的要求a熔点低,合金共晶温度近似于Sn63Pb37的共晶温度183,大致在180C-220之间
15、;b无毒或毒性很低,所选用的材料现在和将来都不会污染环境;c4传导率和导电率要及Sn63Pb37的共晶焊料相当,具有良好的润湿性;d机械性能良好,焊点要有足够的机械强度和抗热老化性能;e要及现有的焊接设备和工艺兼容,可在不更换设备不变更现行工艺的条件下进行焊接;f焊接后对各焊点检修简洁;g成本要低,所选用的材料能保证充分供应。3.3.5.3目前最有可能替代Sn/Pb焊料的合金材料最有可能替代Sn/Pb焊料的无毒合金是Sn基合金,以Sn为主,添加AgZnCu、SbBi、In等金属元素,通过焊料合金化来改善合金性能,提高可焊性。目前常用的无铅焊料主要是以Sn-Ag、Sn-Zn.Sn-Bi为基体,添
16、加适量的其它金属元素组成三元合金和多元合金。aSn-Ag系焊料Sn-Ag系焊料具有优良的机械性能、拉伸强度、蠕变特性及耐热老化比Sn-Pb共晶焊料优越;延展性比Sn-Pb共晶焊料稍差,但不存在延展性随时间加长而劣化的问题;Sn-Ag系焊料的主要缺更是熔点偏高,比Sn-Pb共晶焊料高30-40,润湿性差,成本周。bSn-Zn系焊料Sn-Zn系焊料机械性能好,拉伸强度比Sn-Pb共晶焊料好,可拉制成丝材运用;具有良好的蠕变特性,变形速度慢,至断裂时间长;缺点是Zn极易氧化,润湿性和稳定性差,具有腐蚀性。cSn-Bi系焊料Sn-Bi系焊料是以Sn-Ag(CU)系合金为基体,添加适量的Bi组成的合金焊
17、料;优点是降低了熔点,使其及Sn-Pb共晶焊料相近;蠕变特性好,并增大了合金的拉伸强度;缺点是延展性变坏,变得硬而脆,加工性差,不能加工成线材运用。1.1 3.5.4目前应用最广泛的无铅焊料是目前应用最多的无铅焊料。其熔点为217-218。1.2 3.5.5无铅焊接给带来的问题a元器件一一要求元件体耐高温,而且无铅化。即元件的焊接端头和引出线也要采纳无铅镀层。bPCB要求PCB基材耐更高温度,焊后不变形,表面镀覆无铅化,及组装焊接用无铅焊料兼容,要低成本。c助焊剂一一要开发新型的润湿性更好的助焊剂,要及预热温度和焊接温度相匹配,而且要满足环保要求。d焊接设备一一要适应较高的焊接温度要求,再流焊
18、炉的预热区要加长或更换新的加热元件;波峰焊机的焊料槽、焊料波喷嘴、导轨传输爪的材料要耐高温腐蚀。必要时(例如高密度窄间距时)采纳新的抑制焊料氧化技术和采纳惰性气体M爱护焊接技术。e工艺一一无铅焊料的印刷、贴片、焊接、清洗以及检测都是新的课题,都要适应无铅焊料的要求。f废料回收一一从无铅焊料中回收Bi、Cu.Ag也是一个新课题。3.4 焊膏的选择方法主要依据依据产品本身的价值和用途、表面组装板的组装密度、PCB和元器件存放时间和表面氧化程度、生产线工艺条件等实际状况来选择焊膏。不同的产品要选择不同的焊膏。焊膏合金粉末的组分、纯度及含氧量、颗粒形态和尺寸、焊剂的成分及性质等是确定焊膏特性以及焊点质
19、量的关键因素。a依据产品本身的价值和用途,高牢靠性的产品须要高质量的焊膏Ob底据PCB和元器件存放时间和表面氧化程度来确定焊膏的活性。一般采纳RMA级;高牢靠性产品、航天和军工产品可选择R级;PCB、元器件存放时间长,表面严峻氧化,应采纳RA级,焊后清洗。c依据产品的组装工艺、印制板、元器件的详细状况选择焊膏合金组分。一屐镀铅锡印制板采纳63Sn37Pb;钿金或钿银厚膜端头和引脚可焊性较差的元器件、要求焊点质量高的印制板采纳62Sn36Pb/2Ag;水金板一般不要选择含银的焊膏;d依据产品(表面组装板)对清洁度的要求来选择是否采纳免清洗。对免清建工艺要选用不含卤素或其它强腐蚀性化合物的焊膏;高
20、牢靠性产品、航天和军工产品以及高精度、微弱信号仪器仪表以及涉及生命平安的医用器材要采纳水清洗或溶剂清洗的焊膏,焊后必需清洗干净。eBGA和CSP一般都须要采纳免清洗焊膏;f焊接热敏元件时,应选用含钿的低熔点焊膏。g依据PCB的组装密度(有无窄间距)来选择合金粉末颗粒度,常用焊膏的合金粉末颗粒尺寸分为四种粒度等级,窄间距时一般选择2045Unb见表4。SMD引脚间距也是选择合金粉末颗粒度的重要因素之一。表3-5SMD引脚间距和焊料颗粒的关系引脚间距(mm)0.8以上0.650.50.4颗粒直径(Mm)75以下60以下50以下40以下h依据施加焊膏的工艺以及组装密度选择焊膏的黏度,例如模板印刷工艺
21、应选择高黏度焊膏、点胶工艺选择低黏度焊膏,高密度印刷要求高黏度。表3-6焊膏粘度施膏方法丝网印刷模板印刷注射滴涂粘度(Pa.s)300800一般密度:500900高密度、窄间距SMD:70013001503003.5 焊膏的运用及保管a必需储存在510C的条件下;b要求运用前一天从冰箱取出焊膏(至少提前2小时),待焊膏达到室温后才能打开容器盖,防止水汽凝聚;c运用前用不锈钢搅拌棒将焊膏搅拌匀称,搅拌棒肯定要清洁;d添加完焊膏后,应盖好容器盖;e免清洗焊膏不能运用回收的焊膏,假如印刷间隔超过1小时,须将焊膏从模板上拭去。将焊膏回收到当天运用的容器中;f印刷后尽量在4小时内完成再流焊。g免清洗焊膏
22、修板后不能用酒精檄洗;h须要清洗的产品,再流焊后应当天完成清洗;i印刷焊膏和贴片操作时,要求拿PCB的边缘或带手套,以防污染PCB。3.6 施加焊善的方法和各种方法的适用范围施加焊膏的方法有三种:滴涂式(即注射式,滴涂式又分为手动和自动滴涂机两种方法)、丝网印刷和金属模板印刷。各种方法的适用范围如下:a.手工滴涂法一用于微小批量生产,或新产品的模型样机和性能样机的研制阶段,以及生产中修补,更换元件等。b.丝网印刷一用于元器件焊盘间距较大,组装密度不高的中小批量生产中。c.金属模板印刷一用于大批量生产、组装密度大,以及有多引线窄间距器件的产品(窄间距器件是指引脚中心距不大于0.65mm的表面组装
23、器件;也指长X宽不大于1.60.8mm的表面组装元件)。由于金属模板印刷的质量比较好,而且金属模板运用寿命长,因此一般应优先采纳金属模板印刷工3.7 全盲动及半自动印刷机金属模板印刷焊膏工艺3.7.1工艺流程印刷前打算工作制作视觉图像调老产品程序添加焊膏No调整参数或对准图形不用视觉系统连续印刷检验结束3.7.2印刷前打算工作a熟识产品工艺要求b按产品工艺文件,领取经检验合格的PCB,如发觉领取的PCB受潮或受污染,应进行清洗、烘干处理。c打算焊膏一按产品工艺文件规定选用焊膏;一运用要求按3.5有关条款执行;-印刷前用不锈钢搅拌棒,将焊膏向一个方向连续搅拌匀称。d检查模板应完好无损,漏孔完整不
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