焊膏分類及焊膏使用介紹

深圳市菲尼的科技有限公司焊膏分類及焊膏使用介紹焊膏概述：隨著再流焊技術(shù)的應(yīng)用，焊膏已成為表面組裝技術(shù)（SMT）中最要的工藝材料，近年來獲得飛速發(fā)展。在表面組裝件的回流焊中，焊膏被用來實(shí)施表面組裝元器件的引線或端點(diǎn)與印製板上焊盤的連接。焊膏塗覆是表面組裝技術(shù)一道關(guān)鍵工序，它將直接影響到表面組裝件的焊接品質(zhì)和可靠性。由焊膏產(chǎn)生的缺陷占SMT中缺陷的60％—70％，所以規(guī)範(fàn)合理使用焊膏顯得尤為重要。本文結(jié)合本部門使用的經(jīng)驗(yàn)來介紹焊膏的一些特性和使用儲(chǔ)存的方法。焊膏的構(gòu)成：焊膏是一種均質(zhì)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(dāng)被加熱到一定溫度時(shí)（通常1830C）隨著溶劑和部分添加劑的揮發(fā)，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(diǎn)。對(duì)焊膏的要求是具有多種塗布方式，特別具有良好的印刷性能和再流焊性能，並在貯存時(shí)具有穩(wěn)定性。焊膏的主要成分：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％。常用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。焊膏的主要成分配比：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(duì)焊膏的性能影響很大，因此製造工藝較高。幾種常用合金焊料粉的金屬成分、熔點(diǎn)，最常用的合金成分為Sn63Pb37。Sn63Pb37和Sn62Pb36Ag2,其中Sn63Pb37的熔點(diǎn)為183C，共晶狀態(tài)，摻入2％的銀以後熔點(diǎn)為179℃，為共晶狀態(tài)，它具有較好的物理特性和優(yōu)良的焊接性能，且不具腐蝕性，適用範(fàn)圍廣，加入銀可提高焊點(diǎn)的機(jī)械強(qiáng)度。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(duì)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(duì)細(xì)間距印刷要求更細(xì)的金屬顆粒度。合金焊料粉的表面氧化度與製造過程和形狀、尺寸有關(guān)。相對(duì)而言，球狀合金焊料粉的氧化度較小，通常氧化度應(yīng)控制在0.5％以內(nèi)，最好在10％—4％以下。一般，由印刷鋼板或網(wǎng)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(yīng)選用不同顆粒度的焊料粉，不能都選用小顆粒，因?yàn)樾☆w粒有大得多的表面積，使得焊劑在處理表面氧化時(shí)負(fù)擔(dān)加重，表二為常用焊膏Sn62Pb36Ag2的物理特性。表1合金焊料粉的形狀對(duì)焊膏性能的影響球形橢圓形粘度小大塌落度大小印刷性範(fàn)圍廣，尤適合較細(xì)間距的絲網(wǎng)適合漏版及較粗間距的絲網(wǎng)注射滴塗適合不太適合表面積小大氧化度低高焊點(diǎn)亮度亮不夠光亮表2Sn62Pb36Ag2焊膏的物理特性合金成分熔點(diǎn)（0C）合金粉與焊劑比例（Wt）合金粉顆粒度合金粉形狀拉伸強(qiáng)度（Mpa）粘度（Pa.s）焊劑中氯含量（Wt）延伸率（％）Sn62Pb36Ag2179—18085:15300球型和橢圓型混合56.630001592.2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(kuò)散並附著在被焊金屬表面。對(duì)焊劑的要求主要有以下幾點(diǎn)：a焊劑與合金焊料粉要混合均勻；b要採用高沸點(diǎn)溶劑，防止再流焊時(shí)產(chǎn)行飛濺；c高粘度，使合金焊料粉與溶劑不會(huì)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：通常，焊膏中的焊劑應(yīng)包括以下幾種成分：活性劑、成膜劑和膠粘劑、潤(rùn)濕劑、觸變劑、溶劑和增稠劑以及其他各類添加劑。焊劑的活性：對(duì)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(huì)引起殘留量的增加，甚至使腐蝕性增強(qiáng)，特別是對(duì)焊劑中的鹵素含量更需嚴(yán)格控制，表3列出了三種不同的鹵素含量對(duì)其性能的影響。對(duì)免清洗焊膏，焊劑中鹵素含量必須小於0.05％，甚至完全不含鹵素，其活性主要靠加入有機(jī)酸來達(dá)到。表3不同鹵素含量的焊劑焊劑中鹵素含量<0.05％潤(rùn)濕性不夠好，粘度變化小，腐蝕性小0.2％通常用於焊接Ag-Sn-Pb鍍層的電極或焊盤>0.4％用於Ni鍍層合金的焊接，觸變性差，殘留在PCB上使穩(wěn)定性變差，有強(qiáng)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(shí)，根據(jù)性能要求，焊劑的重量比還可擴(kuò)大至8％—20％。焊膏中的焊劑的組成及含量對(duì)塌落度、粘度和觸變性等影響很大。金屬含量較高（大於90％）時(shí)，可以改善焊膏的塌落度，有利於形成飽滿的焊點(diǎn)，並且由於焊劑量相對(duì)較少可減少焊劑殘留物，有效防止焊球的出現(xiàn)，缺點(diǎn)是對(duì)印刷和焊接工藝要求較嚴(yán)格；金屬含量較低（小於85%）時(shí)，印刷性好，焊膏不易粘刮刀，漏版壽命長(zhǎng)，潤(rùn)濕性好，此外加工較易，缺點(diǎn)是易塌落，易出現(xiàn)焊球和橋接等缺陷。對(duì)通常的再流焊工藝，金屬含量控制在88％—92％範(fàn)圍內(nèi)，氣相再流焊可控制在85％左右。對(duì)細(xì)間距元器件的再流焊，為避免塌落，金屬含量可大於92％，焊膏的分類可以按以下幾種方法：按熔點(diǎn)的高低分：一般高溫焊膏為熔點(diǎn)大於250℃，低溫焊膏熔點(diǎn)小於1500C，常用的焊膏熔點(diǎn)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。常用的為中等活性焊膏。按清洗方式分為有機(jī)溶劑清洗型，水清洗型，半水清洗型和免清洗型焊膏。常用的一般為免清洗型焊膏，在要求比較高的產(chǎn)品中可以使用需清洗的的焊膏。焊膏的應(yīng)用特性SMT對(duì)焊膏有以下要求：應(yīng)用前具有的特性：焊膏應(yīng)用前需具備以下特性：具有較長(zhǎng)的貯存壽命，在0—100C下保存3—6個(gè)月。貯存時(shí)不會(huì)發(fā)生化學(xué)變化，也不會(huì)出現(xiàn)焊料粉和焊劑分離的現(xiàn)象，並保持其粘度和粘接性不變。吸濕性小、低毒、無臭、無腐蝕性。塗布時(shí)以及回流焊預(yù)熱過程中具有的特性：能採用絲網(wǎng)印刷、漏版印刷或注射滴塗等多種方式塗布，要具有良好的印刷性和滴塗性，脫模性良好，能連續(xù)順利進(jìn)行塗布，不會(huì)堵塞絲網(wǎng)或漏版的孔眼以及注射用的管嘴，也不會(huì)溢出不必要的焊膏。有較長(zhǎng)的工作壽命，在印刷或滴塗後通常要求能在常溫下放置12—24小時(shí)，其性能保持不變。在印刷或塗布後以及在再流焊預(yù)熱過程中，焊膏應(yīng)保持原來的形狀和大小，不產(chǎn)生堵塞。再流焊加熱時(shí)具有的特徵：良好的潤(rùn)濕性能。要正確選用焊劑中活性劑和潤(rùn)濕劑成分，以便達(dá)到潤(rùn)濕性能要求。不發(fā)生焊料飛濺。這主要取決於焊膏的吸水性、焊膏中溶劑的類型、沸點(diǎn)和用量以及焊料粉中雜質(zhì)類型和含量。形成最少量的焊球。它與諸多因素有關(guān)，既取決於焊膏中氧化物含量、合金粉的顆粒形狀及分佈等因素，同時(shí)也與印刷和再流焊條件有關(guān)。再流焊後具有的特性：具有較好的焊接強(qiáng)度，確保不會(huì)因振動(dòng)等因素出現(xiàn)元器件脫落。焊後殘留物穩(wěn)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(jù)工藝條件，使用要求及焊膏的性能?？梢詤⒖家韵聨c(diǎn)來選用不同的焊膏：具有優(yōu)異的保存穩(wěn)定性。具有良好的印刷性（流動(dòng)性、脫版性、連續(xù)印刷性）等。印刷後在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)對(duì)SMD持有一定的粘合性。焊接後能得到良好的接合狀態(tài)（焊點(diǎn)）。其焊接成分，具高絕緣性，低腐蝕性。對(duì)焊接後的焊劑殘?jiān)辛己玫那逑葱?，清洗後不可留有殘?jiān)煞?。焊膏的申購焊膏?yīng)根據(jù)需要提前2周採購，由工程師根據(jù)產(chǎn)品確定焊膏的型號(hào)和數(shù)量，報(bào)專案經(jīng)理批準(zhǔn)後購買，一般1—2周內(nèi)到貨。另外，如批量生產(chǎn)需要較多的焊膏，應(yīng)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後，應(yīng)登記到達(dá)時(shí)間、保質(zhì)期、型號(hào)，並為每罐焊膏編號(hào)。焊膏應(yīng)以密封形式保存在恒溫、恒濕的冰箱內(nèi)，溫度在約為（2—10）0C，溫度過高，焊劑與合金焊料粉起化學(xué)反應(yīng)，使粘度上升影響其印刷性；溫度過低（低於00C），焊劑中的松香會(huì)產(chǎn)生結(jié)晶現(xiàn)象，使焊膏形狀惡化。焊膏使用時(shí)，應(yīng)提前至少2小時(shí)從冰箱中取出，寫下時(shí)間、編號(hào)、使用者、應(yīng)用的產(chǎn)品，並密封置於室溫下，待焊膏達(dá)到室溫時(shí)打開瓶蓋。如果在低溫下打開，容易吸收水汽，再流焊時(shí)容易產(chǎn)行錫珠。注意：不能把焊膏置於熱風(fēng)器、空調(diào)等旁邊加速它的升溫。焊膏開封後，應(yīng)至少用攪拌機(jī)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(jī)進(jìn)行攪拌時(shí)，攪拌頻率要慢，大約1—2轉(zhuǎn)/秒鐘。焊膏置於漏版本上超過30分鐘未使用時(shí)，應(yīng)先用絲印機(jī)的攪拌功能攪拌後再使用。若中間間隔時(shí)間較長(zhǎng)，應(yīng)將焊膏重新放回罐中並蓋緊瓶蓋，再次使用應(yīng)按4）進(jìn)行操作。根據(jù)印製板的幅面及焊點(diǎn)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，印刷一段時(shí)間後再適當(dāng)加入一點(diǎn)。焊膏印刷後應(yīng)在24小時(shí)內(nèi)貼裝完，超過時(shí)間應(yīng)把焊膏清洗後重新印刷。焊膏開封後，原則上應(yīng)在當(dāng)天內(nèi)一次用完，超過時(shí)間使用期的焊膏絕對(duì)不能使用。從漏版上刮回的焊膏也應(yīng)密封冷藏。10）焊膏印刷時(shí)間的最佳溫度為250C±30C，溫度以相對(duì)濕度60％為宜。溫度過高，焊膏容易吸收水汽，在再流焊時(shí)產(chǎn)生錫珠。焊膏的塗布?jí)T布焊膏的方法主要有三種：注射滴塗、絲網(wǎng)印刷和漏版印刷。注射滴塗是採用專門的分配器（Dispensor）或手工來進(jìn)行的，採用桶狀焊膏，一般適合小批量生產(chǎn)。絲網(wǎng)印刷是採用尼龍或不銹鋼絲狀材料編成絲網(wǎng)，並在上面刻出圖形，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(chǎn)。而我們最常用到的是漏版印刷，採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。漏版的製作有三種方法：蝕刻、鐳射和電鑄法。電鑄法。電鑄法由於加工成本高，在國(guó)內(nèi)還沒有流行，蝕刻法由於其弱點(diǎn)，一般只能用0.5mm間距以上的產(chǎn)品，鐳射法由於精度高，孔壁光滑，容易脫模，價(jià)格比電鑄法便宜，比蝕刻法也貴不了多少，特別近來的廠家採用在孔壁上拋光的立方法，去除了毛刺，所以近來應(yīng)用較廣，它適合0.3mm以上間距的印刷。鐳射漏版一般採用0.05—1.00mm的鋼片製作，常用的厚度為0.12mm—0.2mm之間?，F(xiàn)在也有使用聚脂片製作，孔壁沒有毛刺，使用橡膠刀，壽命也很長(zhǎng)，但製作成本很高。國(guó)內(nèi)很少使用。焊接不良因及解決方法焊膏品質(zhì)、印刷和再流焊等諸多因素可能引起焊接不良，據(jù)統(tǒng)計(jì)，大約有70％以上的缺陷是與焊膏印刷和再流焊過程有關(guān)。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(bào)廢原則上，焊膏在開封後必須在一天之內(nèi)用完，否則剩餘的焊膏就不能再使用，但是根據(jù)我們現(xiàn)在的經(jīng)驗(yàn)，還是可以做焊膏的再利用，可以參考以下幾點(diǎn)來使用：對(duì)於通信類高科技產(chǎn)品和中試專案，考慮到它們的要求較高，一般使用新焊膏，且應(yīng)該在使用期之內(nèi)。對(duì)於民用產(chǎn)品和要求不高的簡(jiǎn)單的產(chǎn)品，可以使用上面產(chǎn)品使用剩餘的焊膏。焊膏在使用之後，焊劑含量會(huì)降低，因此可以在裏面加入一點(diǎn)焊劑可以明顯改善其將效果。使用期外的焊膏不可使用，但未開封的可以用到民用產(chǎn)品或要求不高的產(chǎn)品中，根據(jù)需要在其中加入少許焊劑。使用期外剩的焊膏可以申請(qǐng)報(bào)廢，報(bào)廢的程式是先由操作工通知工程師，並填寫焊膏報(bào)廢申請(qǐng)單，由主任批準(zhǔn)後即可報(bào)廢。注意：報(bào)廢後的焊膏應(yīng)放置在指定的容器中，不可隨便當(dāng)垃圾處理以免污染環(huán)境。表5焊接缺陷和解決方法缺陷原因?qū)Σ邩蚪雍父嗨浜父嗵嗉铀俣冗^快增加焊膏金屬含量或粘度、換焊膏降低刮刀壓力調(diào)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(dāng)印刷參數(shù)不正確加強(qiáng)對(duì)PCB和元件的篩選調(diào)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(diào)整回流焊溫度曲線降低環(huán)境濕度採用新焊膏，縮短預(yù)熱時(shí)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(zhì)預(yù)熱過度，時(shí)間過長(zhǎng)或溫度過高調(diào)整回流焊溫度曲線換新焊膏改進(jìn)預(yù)熱條件焊膏塌落焊膏粘度低觸變性差環(huán)境溫度高選擇合適的焊膏控制環(huán)境溫度焊點(diǎn)錫少焊膏不夠焊盤和元器件可焊性差再流焊時(shí)間少增厚漏版，增加刮刀壓力改善可焊性增加再流焊的時(shí)間焊點(diǎn)錫多漏版開口過大焊膏粘度小減小漏版開口增加焊膏粘度元件豎立安放位置移位焊膏中的焊劑使元件浮起印刷焊膏厚度不夠加熱速度過快且不均勻焊盤設(shè)計(jì)不合理元件可焊性差採用了Sn63Pb37焊膏調(diào)整印刷參數(shù)和安放位置採用焊劑量少的焊膏增加印刷厚度調(diào)整回流焊溫度曲線