微電子器件的軟釬焊及表面組裝技術(shù).ppt

1、第四章 微電子器件的軟釬焊及表面組裝技術(shù),第一節(jié) 概述,第二節(jié) 軟釬焊的基本原理,第三節(jié)、軟釬料合金,第四節(jié) 軟釬劑,第五節(jié) 藥芯軟釬焊絲和釬料膏,第六節(jié) 機(jī)械化軟釬焊技術(shù),第七節(jié) 表面組裝技術(shù)及再流焊方法,第八節(jié) SMT焊點(diǎn)的可靠性問題,第一節(jié) 概述,所謂軟釬焊，是指采用熔點(diǎn)（或液相線溫度）低于427的填充金屬（釬料）在加熱溫度低于被連接金屬（母材）熔化溫度的條件下實(shí)現(xiàn)金屬間冶金連接的一類方法。 軟釬焊連接依靠釬料對(duì)母材的潤(rùn)濕來(lái)形成接頭。 與硬釬焊相比，軟釬焊連接的溫度低，操作方便，并且不過分強(qiáng)調(diào)母材與釬料之間的溶解、擴(kuò)散等相互作用過程。,第一節(jié) 概述,一、 軟釬焊在電子工業(yè)中的地位 在電子

2、工業(yè)中，軟釬焊技術(shù)由于以下幾方面的原因而使其始終并將繼續(xù)居于主導(dǎo)地位。 1、軟釬焊具有顯著的經(jīng)濟(jì)性、高效性和可靠性。由于連接是在相對(duì)較低的溫度下完成的。使得許多常規(guī)有機(jī)高分子材料和電子元件因受熱而改變性能和破壞等問題得以有效地避免。并且，相對(duì)低成本的材料，簡(jiǎn)單的工具和可控的工藝使得軟釬焊具有特別明顯的經(jīng)濟(jì)性和高效性。而且在自動(dòng)化軟釬焊操作中，在一般民用產(chǎn)品上，已經(jīng)取得接頭返修率低于百萬(wàn)分之一的水平，而在北美航空部門，已有了每小時(shí)釬焊150億個(gè)焊點(diǎn)而無(wú)失敗的報(bào)導(dǎo)。這些都充分說明了軟釬焊方法的經(jīng)濟(jì)、高效和可靠的特點(diǎn)。 2、軟釬焊具有制造和修理的方便性。與其它冶金連接方法相比，軟釬焊是對(duì)操作工具要求

3、相對(duì)簡(jiǎn)單和易于操作的工藝，并且由于軟釬焊接頭是可以“拆卸” 的接頭，或者說軟釬焊過程是“可逆”的，因而使得軟釬焊連接的修補(bǔ)十分簡(jiǎn)單方便。并且修補(bǔ)過的接頭可以像原始接頭一樣可靠?？梢灶A(yù)料，只要我們還使用由導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體等構(gòu)成的基于電磁脈沖的電路，軟釬焊技術(shù)就是必不可少的。,第一節(jié) 概述,從材料來(lái)看，在電子工業(yè)中的被連接材料主要是有色金屬，并且種類繁多，經(jīng)常涉及到貴金屬和稀有金屬以及多元合金多層金屬組合體系。此外，還常常涉及到非金屬材料的連接問題。由于被連接對(duì)象的多樣性，因而完成連接所使用的材料（釬料等）也表現(xiàn)出種類繁多和組成復(fù)雜的特點(diǎn)。從被連接對(duì)象的尺寸特征來(lái)看，小、細(xì)、薄、精，構(gòu)成了這類

4、被連接對(duì)象最為鮮明的標(biāo)志。例如：許多焊點(diǎn)的尺寸常常不足一個(gè)平方毫米；焊點(diǎn)間距也僅有零點(diǎn)幾毫米等。并且，隨著電子產(chǎn)品小型化、輕量化、高精度及高可靠性的要求，使得連接對(duì)象的尺寸還在不斷減小。 電子產(chǎn)品的這種特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)對(duì)連接技術(shù)提出新的更高的要求，因而，一些新的工藝方法不斷涌現(xiàn)。目前最具生命力的最有影響的當(dāng)首推表面組裝技術(shù)（surface mount technology ，簡(jiǎn)稱SMT）。這一技術(shù)的出現(xiàn)使得在印刷電路板制造中傳統(tǒng)的通孔安裝技術(shù)遲早將被淘汰。在技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家中，SMT技術(shù)在印制板上的應(yīng)用已達(dá)到90，在我國(guó)，SMT也正在迅速推廣。SMT技術(shù)的出現(xiàn)對(duì)軟釬焊材料提出了新的要求，使得對(duì)釬料膏

5、的需求量迅速增加，并且推動(dòng)了一些產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步,二、電子工業(yè)中釬焊連接的特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì),第二節(jié) 軟釬焊的基本原理,一、軟釬焊的定義 釬焊一直被區(qū)分為“硬釬焊”（Brazing）和“軟釬焊”（Soldering）。為此，將450作為分界線，規(guī)定釬料液相線溫度高于450所進(jìn)行釬焊為硬釬焊，低于450的為軟釬焊。從事電子產(chǎn)品釬焊工作的人認(rèn)為，在315以下進(jìn)行的釬焊為軟釬焊。 在電子行業(yè)中，絕大多數(shù)的釬焊工作是在300以下完成的。在450以上進(jìn)行的釬焊連接，在電子行業(yè)中是比較少的。 二、釬料與母材間的相互作用 在電子釬料中，應(yīng)用最廣泛的金屬元素是錫，在大多數(shù)電子釬料中都或多或少地含有錫。在眾多的被連

6、接材料中，應(yīng)用最多的是銅。因此，研究銅與錫之間的相互作用問題就具有特別重要的意義。 我們知道，使釬料與母材之間發(fā)生適當(dāng)?shù)南嗷プ饔?，從而?shí)現(xiàn)冶金結(jié)合是獲得優(yōu)良焊點(diǎn)的基本前提。這就要求母材組分可以在液態(tài)釬料中溶解，并最終可以形成固溶體，共晶體或金屬間化合物。,第二節(jié) 軟釬焊的基本原理,錫以易于和多種金屬元素形成金屬間化合物為特征，用錫基釬料進(jìn)行釬焊時(shí)，在結(jié)合處形成金屬間化合物當(dāng)是最為常見的現(xiàn)象。由銅錫二元合金平衡相圖可知，銅與錫在液態(tài)下可以無(wú)限互溶，在固態(tài)下銅在錫中的溶解度則很小。因此，釬焊時(shí)母材銅將向液態(tài)的錫釬料中溶解，在隨后的冷卻過程中將會(huì)出現(xiàn)金屬間化合物Cu6Sn5( )。如果銅的溶解量過多

7、，還可能出現(xiàn)Cu3Sn（相）?？梢哉f，化合物相Cu6Sn5的出現(xiàn)是保證錫釬料與銅母材之間實(shí)現(xiàn)冶金連接的基本前提。 由于化合物相通常都具有硬而脆的特點(diǎn)，因此，出現(xiàn)過多的化合物相對(duì)焊點(diǎn)的性能是不利的。盡管在釬料冷卻凝固之后，由液態(tài)金屬直接形成化合物相的條件已經(jīng)不存在，但是由于在隨后的熱過程中，銅與錫之間的相互擴(kuò)散過程仍可進(jìn)行。因此，化合物相仍將繼續(xù)形成和長(zhǎng)大。通常是在結(jié)合前沿處形成一層連續(xù)的化合物層?；衔飳釉诳拷~母材一側(cè)為Cu3Sn，在鄰近錫釬料一側(cè)為Cu6Sn5。當(dāng)化合物層達(dá)到一定厚度時(shí)，將會(huì)對(duì)接頭性能產(chǎn)生極為不利的影響。 當(dāng)釬料中含有鉛元素時(shí)，將會(huì)影響到化合物相的長(zhǎng)大，這是因?yàn)榛衔锷L(zhǎng)速

8、度常數(shù)是與擴(kuò)散體系的成分有關(guān)的。,第二節(jié) 軟釬焊的基本原理,三、軟釬焊性 軟釬焊性是指材料易于進(jìn)行軟釬焊連接的能力。對(duì)于那些易于實(shí)現(xiàn)軟釬焊連接的材料，我們稱之為軟釬焊性優(yōu)良的材料。反之，則認(rèn)為其軟釬焊性不佳。 軟釬焊性的好壞，在很大程度上取決于母材釬料體系的潤(rùn)濕狀態(tài)。一般來(lái)說，如果釬料對(duì)母材的潤(rùn)濕性能良好，則軟釬焊性通常也比較好。所以，人們習(xí)慣于用潤(rùn)濕情況來(lái)評(píng)價(jià)和表明軟釬焊性，但軟釬焊性與潤(rùn)濕性不是完全等同的，如某種釬料在某母材上的潤(rùn)濕性能極佳。潤(rùn)濕角接近于零度，但在釬焊時(shí)卻可能由于其過分流散而不能保持在釬焊間隙中，因而不能形成良好的釬縫。這樣的例子，在實(shí)際應(yīng)用中是屢見不鮮的,第二節(jié) 軟釬焊的

9、基本原理,軟釬料對(duì)母材潤(rùn)濕是形成優(yōu)良焊點(diǎn)的基本前提。潤(rùn)濕的程度可以用釬料在母材上的接觸角來(lái)表征。接觸角小于、等于90時(shí)，認(rèn)為焊點(diǎn)是合格的；大于90時(shí)，則認(rèn)為焊點(diǎn)不合格（見圖4-1）,圖4-1 合格和不合格焊點(diǎn)的接觸角,第二節(jié) 軟釬焊的基本原理,電子部件釬焊時(shí)，母材表面的氧化物在加熱過程中被釬劑去除。加熱不僅使釬劑活化，而且使釬料的表面張力減小，使?jié)櫇褡饔迷鰪?qiáng)。如果母材與釬料之間沒有良好的潤(rùn)濕作用，將導(dǎo)致不潤(rùn)濕或反潤(rùn)濕。圖4-2給出了元器件引線在印刷電路板潤(rùn)濕良好時(shí)形成的釬角形態(tài)。此時(shí)接觸角小于90，并且在焊盤上會(huì)留下均勻光滑的釬料層。,圖4-2 引線良好潤(rùn)濕時(shí)焊點(diǎn)形態(tài)示意圖,第二節(jié) 軟釬焊的基

10、本原理,造成焊點(diǎn)潤(rùn)濕不良的原因有以下兩方面，一是由于母材表面的氧化物未被釬劑去除干凈，使得釬料難以在表面上鋪展，從而導(dǎo)致接觸角大于90。另一原因是，釬料本已良好潤(rùn)濕母材，但由于工藝不當(dāng)（如加熱時(shí)間過長(zhǎng)或溫度過高等），使得母材表面易于被釬料潤(rùn)濕的金屬鍍層完全溶解到液態(tài)釬料中，并裸露出不易被釬料潤(rùn)濕的基體金屬表面，或是由于釬料與母材相互作用，形成了連續(xù)的不易被釬料潤(rùn)濕的化合物相。一旦出現(xiàn)這類情形，已鋪展開的液態(tài)釬料就會(huì)回縮，使其表面積趨于最小，使接觸角增大，最終形成所謂的反潤(rùn)濕（或稱潤(rùn)濕回縮）焊點(diǎn)（見圖4-3）。,圖4-3 反潤(rùn)濕示意圖,第二節(jié) 軟釬焊的基本原理,四、影響電子元器件軟釬焊性的因素

11、當(dāng)帶有鍍層的印制板和元器件引線在較高溫度下長(zhǎng)時(shí)間放置或在氧化氣氛中存放時(shí)，會(huì)造成鍍層金屬氧化，同時(shí)還會(huì)使鍍層與基體金屬之間所形成的化合物層不斷長(zhǎng)大。這兩類情況都將影響到軟釬焊性。,鍍層過分氧化會(huì)增加釬劑去除氧化膜的難度，因而可能造成潤(rùn)濕不良，從而影響元器件管腳的軟釬焊性。對(duì)于這類問題，可以通過增強(qiáng)釬劑活性的方法來(lái)解決。但隨著釬劑活性的增加，腐蝕性危險(xiǎn)性也增大，因此必須進(jìn)行嚴(yán)格的釬后清洗。這將使生產(chǎn)成本顯著增加，并且也不能完全避免腐蝕問題。所以保證印制板和元器引線在釬焊前不過分氧化是非常重要的。,第二節(jié) 軟釬焊的基本原理,錫鉛釬料在暴露于大氣中的銅錫化合物表面上的潤(rùn)濕性是很差的，因此要保證鍍層具

12、有一定的厚度，使其在長(zhǎng)期存放過程中化合物不至于生長(zhǎng)到表面，鍍層的厚度一般不得低于7.5m。保證錫鉛共晶合金鍍層在某些人為造成的嚴(yán)酷環(huán)境中24h后仍具有優(yōu)良軟釬焊性。而當(dāng)鍍層厚度小于2.5m時(shí)，經(jīng)過4h的老化后，就可能出現(xiàn)反潤(rùn)濕現(xiàn)象。 鍍層質(zhì)量對(duì)軟釬焊同樣具有重要意義。熱浸鍍層的厚度常常不均勻，因而出現(xiàn)局部區(qū)域涂層太薄并影響到軟釬焊性。電鍍鍍層的厚度比較均勻，但鍍層如果呈現(xiàn)多孔性，并且在鍍層表面下常有一些有害的有機(jī)物質(zhì)，這也可能影響到軟釬焊性，對(duì)于多孔性問題，可以通過控制電鍍工藝，形成尺寸細(xì)小的晶粒來(lái)解決。較小的晶粒尺寸可以保證鍍層表面致密光潔，因而不易氧化。,第三節(jié) 軟釬料合金,錫鉛釬料是應(yīng)用

13、最廣泛的軟釬料。尤其是在電子工業(yè)中，錫鉛釬料的應(yīng)用更為普遍。錫鉛釬料的性能與其組成有關(guān)密切的關(guān)系。為此，首先分析錫鉛二元合金的平衡相圖（見圖4-4）。錫鉛二元合金構(gòu)成的是有限固溶體的共晶狀態(tài)圖。其共晶成分為w（Sn）=61.9，w（Pb）=38.l，共晶溫度為183。共晶體由面心立方的 （Pb）相和,一、錫鉛釬料 （一）錫鉛釬料的物理性能和力學(xué)性能,圖4-4 錫鉛相圖,體心立方的（Sn）相組成。共晶溫度下，w（Sn）在Pb中的固溶度為19.5。室溫時(shí)，Sn在Pb中的固溶度僅有23。共晶溫度時(shí)，Pb在Sn中的固溶度為2.5，室溫下，Pb在Sn中的固溶度僅為萬(wàn)分之幾。,第三節(jié) 軟釬料合金,工業(yè)用錫

14、鉛合金的最佳力學(xué)性能是含w（Sn）量為73的合金，而非共晶合金。表 4-1給出了電導(dǎo)率、密度，抗拉強(qiáng)度等性能隨合金成分的變化。,由于錫鉛合金的熔點(diǎn)較低，其再結(jié)晶溫度低于室溫，因此不能產(chǎn)生冷作硬化，而是表現(xiàn)出明顯的粘性特征。當(dāng)錫鉛合金的變形量增大時(shí)，可以促使（Sn）相從過飽合的（Pb）相中析出，使其強(qiáng)度降低，因而表現(xiàn)出變過形的錫鉛合金的強(qiáng)度要比鑄態(tài)時(shí)低。在較高溫度下(100 150)，元素的擴(kuò)散速度較快，此時(shí)的力學(xué)性能明顯下降。,第三節(jié) 軟釬料合金,表4-1 錫鉛釬料的物理性能和力學(xué)性能,第三節(jié) 軟釬料合金,純Sn，純Pb和共晶合金都具有良好的流動(dòng)性，而在固液相溫度區(qū)間最大處（含w（Sn）=19

15、.5）的合金流動(dòng)性最差。軟釬料合金的流動(dòng)性是評(píng)價(jià)釬料工藝性能的重要指標(biāo)之一，流動(dòng)性好的釬料具有優(yōu)良的填縫性能，可以保證獲得穩(wěn)定，良好的釬縫質(zhì)量。,錫鉛釬料對(duì)銅等多種母材金屬均具有良好的潤(rùn)濕性及鋪展能力，尤其是共晶成分的釬料合金，在適當(dāng)溫度下其鋪展面積明顯增大，加上此成分釬料合金的表面張力小，流動(dòng)性最好，力學(xué)性能也十分優(yōu)異。因此成為電子工業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的釬料合金。,第三節(jié) 軟釬料合金,（二）釬料對(duì)母材的溶蝕及防止 在釬焊過程中，由于母材與釬料之間存在相互作用，一些母村組分會(huì)溶解到液態(tài)釬料中去。例如陶瓷片式電阻或電容器的焊接端都有金或銀這類貴金屬的金屬化層，在釬焊期間，這層金屬很容易溶解到液態(tài)釬

16、料中去，這樣就會(huì)露出下面的陶瓷表面，從而導(dǎo)致潤(rùn)濕不良并形成不合格焊點(diǎn)。 不同的材料在不同的液態(tài)釬料中的溶解速度是不同的。圖4-5和4-6給出了銅和銀在Sn68-Sn32釬料中溶解的情況?？梢钥闯鲭S著溫度的升高，溶解量迅速增加，并且銀的溶解速度要比銅快得多。 為防止陶瓷片式元件金屬化端銀鍍層的過分溶解，可以采取以下兩方面的措施： 一是用溶解速度比較緩慢的鎳或鉑作阻擋層以防止過分溶解; 二是使用含銀釬料膏，如 Sn62-Pb36-Ag2，從而減緩溶解程度。但這種作用只能用于再流焊，不能用于波峰焊。,第三節(jié) 軟釬料合金,圖4-5不同溫度下銅在 Sn68-Sn32液態(tài)釬料中溶解,圖4-6不同溫度下銀在

17、 Sn68-Sn32液態(tài)釬料中溶解,第三節(jié) 軟釬料合金,二、無(wú)鉛釬料 因Sn-Pb釬料中的鉛是有毒的物質(zhì)，進(jìn)人人體后在骨骼中積累并且不易排出，因此限制鉛的應(yīng)用。1990年美國(guó)國(guó)會(huì)又醞釀在電子工業(yè)及其它工業(yè)中禁止使用含鉛的釬料，盡管未獲通過，但已引起電子行業(yè)的恐慌，因此近年來(lái)又掀起了對(duì)無(wú)鉛釬料的研究熱潮?？梢酝茢啵诮窈蟮囊欢螘r(shí)間內(nèi)無(wú)鉛釬料的研究與應(yīng)用必將獲得較大的發(fā)展。 目前，國(guó)際上公認(rèn)的無(wú)鉛釬料定義是以Sn為基體，添加了Ag、Cu、Sb、In、Bi、Zn等其他合金元素，而w（Pb）的含量在； 0.l0.2以下的主要用于電子組裝的軟釬料合金,第三節(jié) 軟釬料合金,無(wú)鉛釬料不是新技術(shù)，但今天的無(wú)鉛

18、釬料研究是要尋求年使用量為56萬(wàn)噸的Sn-Pb釬料的替代產(chǎn)品。因此，替代合金應(yīng)該滿足以下要求： l）其全球儲(chǔ)量足夠滿足市場(chǎng)需求。某些元素，如 In（銦）和 Bi（鉍），儲(chǔ)量較小，因此只能作為無(wú)鉛釬料的添加成分（見表3-2）,表3-2 無(wú)鉛釬料中替代合金元素的供需情況,第三節(jié) 軟釬料合金,2）無(wú)毒性。某些在考慮范圍內(nèi)的替代元素，如Cd（鎘）、Te（碲），是有毒的：而某些元素，如Sb（銻），如果改變毒性標(biāo)準(zhǔn)的話，也可以認(rèn)為是有毒的； 3）能被加工成需要的所有形式，包括用于修補(bǔ)的絲；用于釬料膏的粉末：用于波峰焊的bar等。不是所有的合金能夠被加工都成所有形式，如鉍的含量增加將導(dǎo)致合金變脆而不能拉拔成

19、絲狀； 4）相變溫度（固-液相線溫度）與Sn/Pb釬料相近； 5）合適的物理性能，特別是電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率、熱脹系數(shù)； 6）與現(xiàn)有元件基板/引線及PCB材料在金屬學(xué)性能上兼容； 7）足夠的力學(xué)性能，抗剪強(qiáng)度、蠕變抗力、等溫疲勞抗力、熱機(jī)疲勞抗力、金屬學(xué)組織的穩(wěn)定性;,第三節(jié) 軟釬料合金,8）良好的潤(rùn)濕性 從國(guó)外文獻(xiàn)看，所選擇的主要添加合金元素為Ag、Zn、Cu、Sb、Bi、In等。國(guó)內(nèi)外研究的主要無(wú)鉛釬料見表4-3。,表4-3 國(guó)內(nèi)外研究的主要無(wú)鉛釬料,第三節(jié) 軟釬料合金,目前研究出的無(wú)鉛釬料趨向于多元合金系統(tǒng)，其力學(xué)性能優(yōu)于傳統(tǒng)的Sn63Pb37合金，但潤(rùn)濕性能稍差、烙點(diǎn)相差較大，而且由于多采用

20、貴重金屬，導(dǎo)致成本過高。此外，無(wú)鉛釬料在印制電路板組裝中的實(shí)際應(yīng)用可能還會(huì)引起一系列新的問題： l）無(wú)鉛釬料的熔點(diǎn)與Sn-Pb 共晶合金相比均偏高或偏低，難以與傳統(tǒng)的軟釬焊參數(shù)相兼容。 2）需開發(fā)相應(yīng)的新型釬劑。 3）超電勢(shì)問題 Sn-Pb針料中Sn與Pb對(duì)H、Cl 等元素的超電勢(shì)都較高，而無(wú)鉛釬料中Ag、Zn、Cu、Ni等元素對(duì)H、CI的超電勢(shì)都很低，因此采用無(wú)鉛釬料可能會(huì)出現(xiàn)由于超電勢(shì)的降低而引起釬焊區(qū)殘留的H、Cl離子遷移產(chǎn)生電極反應(yīng)，從而引起集成電路元件的短路,第三節(jié) 軟釬料合金,表4-4給出了國(guó)外一些公司用于電子行業(yè)的無(wú)鉛釬料合金類型,表4-4 國(guó)外一些公司用于電子行業(yè)的無(wú)鉛釬料合金

21、類型,應(yīng)當(dāng)指出，在為替代SnPh釬料而開發(fā)無(wú)鉛釬料的同時(shí)，還應(yīng)注意配套釬劑及釬焊方法的開發(fā)和釬焊工藝的改進(jìn)，這樣才能使無(wú)鉛釬料得以迅速的推廣和應(yīng)用,第三節(jié) 軟釬料合金,三、其它軟釬料 由于結(jié)構(gòu)形式和使用要求等方面的差異，有些電子產(chǎn)品或某些器件不適合用常規(guī)的錫鉛共晶類釬料來(lái)釬焊。例如，釬焊帶有含銀鍍層的器件時(shí)，為減少銀層的損失，常要求采用含銀的釬料；釬焊帶有金膜的部位時(shí)，可以采用銦釬料；對(duì)于需要進(jìn)行兩次釬焊的產(chǎn)品，則需要在兩次釬焊過程中分別使用較高熔點(diǎn)的軟釬料和較低熔點(diǎn)軟釬料等等。電子工業(yè)中一些常用釬料合金的成分，特點(diǎn)及用途見表4-5。,表4-5 常用釬料合金的成分及用途,第三節(jié) 軟釬料合金,四

22、、合金的抗氧化處理 當(dāng)錫鉛釬料合金處于液態(tài)時(shí)，其氧化是非常迅速的。而當(dāng)采用扒渣方式去除針料槽表面上的氧化渣之后，又會(huì)迅速地形成新的氧化渣。特別是對(duì)于處在不停地?cái)噭?dòng)中的液態(tài)釬料（如波峰焊），釬料的氧化就更為嚴(yán)重。例如一臺(tái)容量為 100kg的波峰焊錫槽，每周扒渣所損失的釬料量將近總量的 l4。 釬料槽表面的氧化物層主體是錫的氧化物，有關(guān)分析表明，其表面為SnO2，厚度為2 nm，其下為SnO和彌散分布的細(xì)小的金屬鉛顆粒，再下面則是SnO和金屬錫和鉛。由此可見，釬料的氧化問題主要是錫的氧化。 對(duì)于錫的抗氧化問題，大體上可以分為物理方法和化學(xué)方法兩類。 1）物理方法 2）化學(xué)方法,第三節(jié) 軟釬料合金,

23、1）物理方法 物理方法是通過隔絕液態(tài)釬料與大氣直接接觸來(lái)實(shí)現(xiàn)抗氧化的。常用的方法是在釬料液面上加一層有機(jī)液體物質(zhì)來(lái)復(fù)蓋，使錫液面的氧分壓大大降低，這樣不僅可隔絕錫液與大氣的接觸，還有助于使溶解于錫液中的氧含量降低?，F(xiàn)用作抗氧化劑的有機(jī)物大體為兩種類型: 一類為由低分子聚合物及其羧酸組成的錫合金抗氧化劑，最典型的是低分子量聚苯醚和聚苯醚羧酸混合物，該混合物隨著聚苯羧酸含量的增加，抗氧化的效果明顯加強(qiáng)，說明聚苯醚羧酸起重要的作用。這類抗氧化劑的特點(diǎn)是耐熱性好，在350下仍可正常使用。并且使用壽命長(zhǎng)，但其缺點(diǎn)是制備困難，且價(jià)格昂貴。 另一類抗氧化劑是由油類和還原劑配合而成。最常用的是礦物油，動(dòng)物油和

24、植物油及蠟等，還原劑有不飽合羧酸，高分子樹脂，天然樹脂等，此外還需要配合熱穩(wěn)定劑和防蝕劑等。這類抗氧化劑的原料來(lái)源豐富，價(jià)格便宜，且還原能力強(qiáng)，但耐熱性和使用壽命差一些 。,第三節(jié) 軟釬料合金,2）化學(xué)方法 化學(xué)方法是在液態(tài)釬料合金中添加微量的表面活性元素，它比Sn和Pb更親氧，并且與Sn和Pb的氧化物生成穩(wěn)定致密的表面膜以保持SnPb合金不進(jìn)一步氧化。這層表面膜一經(jīng)除去便會(huì)再生。常用的保護(hù)元素有w（P）0.003和w（Ga）0.001。后者比前者更耐溫，可以到400而不失其保護(hù)功能。這種化學(xué)方法對(duì)靜態(tài)保護(hù)特別有效。在波峰焊的動(dòng)態(tài)條件下，由于不斷撇除表面膜，導(dǎo)致微量元素的損失，需要定時(shí)添加Ga

25、的中間合金,第四節(jié) 軟釬劑,在絕大多數(shù)的軟釬焊過程中都要使用軟釬劑。釬劑不僅要起到去除母材和釬料表面氧化膜的作用，同時(shí)還要在釬焊過程中保護(hù)已去除氧化膜的清潔表面不再氧化，并且還應(yīng)促進(jìn)釬料在母材表面的潤(rùn)濕和鋪展。 電子工業(yè)中所用的軟釬劑是非常多的。按照釬劑組成物質(zhì)的不同，可以分為無(wú)機(jī)軟釬劑和有機(jī)軟釬劑兩大類。無(wú)機(jī)軟釬劑主要由鹽酸、氫氟酸、磷酸、氯化鋅、氯化銨等無(wú)機(jī)酸和無(wú)機(jī)鹽等組成，由于這類釬劑具有很強(qiáng)的腐蝕性，因而在電子行業(yè)中很少應(yīng)用。應(yīng)用最多的當(dāng)屬有機(jī)軟釬劑。 軟釬劑分類的另一種方法是按照釬劑具有的活性來(lái)劃分?？梢苑譃椤癛”級(jí)（無(wú)活性）?！癛MA”級(jí)（中度活性）“RA”（完全活性）、“SRA”

26、（超活性）等。,第四節(jié) 軟釬劑,一、松香基軟釬劑 松香是從松樹的根部或樹皮中提取的天然產(chǎn)品，其主成是占7085的松香酸C19H29COOH。其中 d一海松香酸和l 海松香酸又約占 10-15。松香的軟化點(diǎn)為 172-1750C，略低于錫鉛共晶釬料的熔化溫度（1830C）。在室溫下，固態(tài)的松香是無(wú)活性的，因而也不具有腐蝕性，電絕緣性能良好。加熱時(shí)，熔化的松香酸可以與銅、錫等金屬表面的氧化物發(fā)生反應(yīng)，從而去除氧化膜。 非活性松香軟釬劑 (R型）是由純松香加溶劑制成的未經(jīng)活化的液體釬劑。這類釬劑多用于自動(dòng)釬焊中即要求無(wú)腐性殘?jiān)?，但又?guī)定要使用松香的印刷電路板。這類軟釬劑有許多不同品種以滿足各種標(biāo)準(zhǔn)的

27、各項(xiàng)要求。 中度活性松香釬劑（RMA型）是目前品種最多的一類軟釬劑，由于使用了有機(jī)酸、胺和氨化合物，胺的鹵化物等物質(zhì)作為活化劑，使釬劑的活性增強(qiáng)，釬焊質(zhì)量提高。按照MIL-F-14265的規(guī)定，鹵素含量應(yīng)小于0.2。這類軟釬劑由于可選用的活化劑種類繁多，因而釬劑的品種也非常多，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)，無(wú)線電通訊，航空航天和軍事產(chǎn)品上，并且在彩電等民用產(chǎn)品上也有廣泛的應(yīng)用。,第四節(jié) 軟釬劑,全活性松香軟釬劑（RA型）具有更強(qiáng)的活性，因而具有流動(dòng)性好，擴(kuò)展速度快的特點(diǎn)。使用這類釬劑可以在黃銅和鎳等難以軟釬焊的金屬上獲得一般松香型釬劑所不能達(dá)到的效果。選擇適當(dāng)?shù)幕钚詣?，可以保證釬劑無(wú)腐蝕性及絕緣性。這

28、類釬劑已廣泛用于電線，電纜和電視機(jī)等產(chǎn)品，但對(duì)于要求高可靠和長(zhǎng)壽命的產(chǎn)品，則仍被視為是危險(xiǎn)的，因而常常要求釬后清洗。清洗時(shí)，常常是采用非極性溶劑去除松香，然后用極性溶劑（如水）去除活化劑殘?jiān)推渌x子化合物。也有可能采用這兩類溶劑的混合物在一次清洗過程中去除這兩類物質(zhì)。 超活性松香軟釬劑（SRA型）是具有很強(qiáng)活性和中等腐蝕性的一類軟釬劑。這類軟釬劑可以釬焊可伐合金，鎳和不銹鋼等。由于釬劑殘?jiān)浅；顫?，因而釬后要進(jìn)行充分的清洗。這類釬劑都不滿足MILF14265的要求，因而只能用于民用產(chǎn)品。并且，除非可以保證將釬劑殘?jiān)鼜氐浊逑锤蓛簦駝t不推薦使用這類釬劑。,第四節(jié) 軟釬劑,二、非松香基軟釬劑 非

29、松香基軟釬劑主要包括以下幾類物質(zhì)： 有機(jī)酸：有機(jī)酸一般具有中等去除氧化膜的能力，并且作用比較緩慢。由于是有機(jī)化合物，因而對(duì)溫度敏感。有機(jī)酸釬焊后仍然是具有腐蝕性的，有機(jī)酸一般易于清洗。在這一組中常用的有乳酸、油酸、硬脂酸、苯二酸、檸檬酸等。 有機(jī)鹵化物：有機(jī)鹵化物或有機(jī)肢的鹵氫酸鹽的活性很強(qiáng)，類似于無(wú)機(jī)酸類。它們所含有的有機(jī)官能團(tuán)決定了它們對(duì)溫度敏感。相對(duì)來(lái)說，這類物質(zhì)比其它有機(jī)軟釬劑更具有腐蝕性，因而要求進(jìn)行認(rèn)真的釬后清洗。在這類物質(zhì)中常用的有鹽酸苯胺，鹽酸烴胺，鹽酸谷胺酸和軟脂酸溴化物等。,胺和氨類化合物：這類物質(zhì)由于不含鹵化物，因而成為許多專利釬劑的添加劑。這類物質(zhì)具有一定的腐蝕性，并且

30、對(duì)溫度非常敏感。常用的有乙二胺、二乙胺、單乙醇胺、三乙醇銨等。銨和氨的各種衍生物也被用作為釬劑材料，最普通的就是磷酸苯胺。 有機(jī)酸（OA型）軟釬劑比松香基軟釬劑的活性強(qiáng)，但比無(wú)機(jī)軟釬劑的活性弱。由于它們可溶于水。因此，當(dāng)其固體物的含量較少時(shí)，可以用極性溶劑很方便的將殘?jiān)コ２⑼瑯涌梢员ＷC較高的可靠性。這類釬劑多用于民用產(chǎn)品，但也有成功地用于軍事產(chǎn)品的例子，如Boeing飛機(jī)公司就將其用于空中發(fā)射巡航導(dǎo)彈和飛機(jī)早期預(yù)警系統(tǒng)的電子部件的釬焊。,第四節(jié) 軟釬劑,表3-6按照化學(xué)活性由高到低的順序給出了各類物質(zhì)作為釬劑時(shí)的性能比較結(jié)果,表3-6 各類釬劑物質(zhì)的性能比較,第四節(jié) 軟釬劑,三、水溶性軟釬

31、劑 非活化松香釬劑可以不必釬后清洗，但其活性較低，釬焊性能較差。用添加活性劑來(lái)提高釬劑的活性后，腐蝕這一潛在的危險(xiǎn)就越來(lái)越強(qiáng)烈，因而大多數(shù)活性釬劑都需要釬后清洗。電子工業(yè)中用于樹脂類軟釬劑清洗的最常用的清洗劑是CFCll3（三氟三氯乙烷），但由于這類物質(zhì)對(duì)大氣臭氧層有破壞作用，因而在1987年，包括美國(guó)和歐共體成員國(guó)在內(nèi)的24個(gè)國(guó)家簽署了控制使用CFC化合物的蒙特利爾協(xié)議。由于對(duì)CFC類物質(zhì)使用的限制，因而人們開始考慮使用可以用水作為清洗劑的釬劑。 根據(jù)組成針劑的活化劑物質(zhì)的不同，水溶性釬劑可以按表3-7分類.,表3-7 水溶性釬劑類型,第四節(jié) 軟釬劑,目前許多公司都有可用于電子工業(yè)的水溶性軟

32、釬劑。如Alpha公司的 850（OA型）水溶性有機(jī)軟釬劑已普遍用于印刷電路板的釬焊，這類釬劑要求釬后即時(shí)清洗；855857為中性的水溶性軟釬劑，用于釬焊印制板，可以延遲清洗；870和871釬劑中不含有機(jī)酸，而含有水溶性樹脂，是可以用水或有機(jī)溶劑清洗的釬劑。Multicore的水溶性釬劑分為五種類型： 1）標(biāo)準(zhǔn)型，其固體含量分別為10、20和40三種濃度用于印刷電路板的波峰焊； 2）中性型，用于要求非酸性釬劑的印制板的波峰焊； 3）無(wú)鹵素型，用于元器件引線的搪錫和難以釬焊的印制板的波峰焊； 4）濃縮型，用于最難釬焊元件引線（如鍍鎳件）的搪錫； 5）不燃型，用于印制板的輥?zhàn)渝冨a。,第四節(jié) 軟釬劑

33、,四、免清洗軟釬劑 自蒙特利爾公約簽署以來(lái)，發(fā)展起來(lái)的另一類具有特色的釬劑是免清洗釬劑。這類釬劑的最大特點(diǎn)是省去了清洗工序，因而減少了與清洗工序相關(guān)聯(lián)的設(shè)備、材料、能源和廢物處理等方面的費(fèi)用，有利于降低成本。 免清洗軟釬劑一般由合成樹脂和性能更加穩(wěn)定的活性劑組成，其固相成分的典型值為3550，明顯低于傳統(tǒng)的RMA釬劑（RMA釬劑中固相物的典型值為5560）。免清洗針劑的殘?jiān)饕泻铣蓸渲盎钚詣堄喾磻?yīng)物（金屬氧化物），在高溫下殘?jiān)冘?，但不吸潮，表面絕緣電阻的典型值為7.59.91010。 免清洗軟釬劑的相容性問題是這類釬劑在應(yīng)用時(shí)需要重點(diǎn)考慮的問題。相容性問題包含以下兩方面含意，一是各釬劑

34、之間的相容性，二是免清洗釬劑與現(xiàn)行釬焊工藝之間的相容性。Foxbor公司的研究表明，在印制板的針焊工藝中，如果需要采用不同的免清洗釬劑，則可能由于釬劑之間不相容而導(dǎo)致泄漏電流過大，并對(duì)生產(chǎn)線造成危害。在釬焊工藝方面，下列問題是實(shí)現(xiàn)由RMA釬劑向免清洗釬劑轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵,第四節(jié) 軟釬劑,l）潤(rùn)濕能力 免清洗釬劑腐蝕性的降低也意味著其去除氧化層能力的降低，從而可能導(dǎo)致促進(jìn)釬料潤(rùn)濕能力的降低； 2）涂覆工藝 由于免清洗釬劑的溶劑多為低級(jí)醇類物質(zhì)，而這類物質(zhì)難以發(fā)泡并且易燃，因而只能用于波峰涂覆，這又常常造成過量涂覆和留下殘?jiān)コ龤堅(jiān)鼊t失去了免清洗的意義； 3）預(yù)熱工序 免清洗針劑對(duì)避免釬焊表面再氧

35、化的保護(hù)作用是非常有限的，因此預(yù)熱溫度過高將對(duì)釬劑的使用極為不利，但如果預(yù)熱溫度過低，又會(huì)造成揮發(fā)物質(zhì)在釬焊時(shí)才逸出，從而導(dǎo)致氣孔缺陷明顯增加； 4）工藝參數(shù) 免清洗釬劑的使用將要求釬焊工藝參數(shù)重新確定。如波峰焊時(shí)，由于釬劑中固相成分相對(duì)減少而改變了熔融釬料的界面張力，從而改變了釬料波峰出口區(qū)的幾何參數(shù)，因此需要對(duì)傳送帶速度，傾角和波峰高度等參數(shù)重新進(jìn)行優(yōu)化組合，以避免釬焊缺陷增加； 5）釬焊氣氛 使用免清洗釬劑常常需要使用惰性氣體（如氦氣）來(lái)保護(hù)以防止再氧化，但氮?dú)夥湛赡苁鼓承渲F劑最終形成粘性的、未氧化的殘?jiān)⑶业獨(dú)膺€可能引起樹脂過分鋪展，從而使橋接危險(xiǎn)增大。,第四節(jié) 軟釬劑,對(duì)于免

36、清洗軟釬劑，通常希望其具有以下特點(diǎn)： l）潤(rùn)濕率或鋪展面積大，具有良好的軟釬焊性能； 2）焊后無(wú)剩余物，印刷電路板表面干凈不粘； 3）固態(tài)含量極少，不含鹵化物，易揮發(fā)物含量極少； 4）焊后印刷電路板的表面絕緣電阻高； 5）能夠進(jìn)行良好的探針測(cè)試； 6）操作工藝簡(jiǎn)便易行，煙霧氣味??； 7）常溫下化學(xué)性能穩(wěn)定，無(wú)腐蝕作用。 對(duì)于每種具體的免清洗釬劑來(lái)說，要同時(shí)滿足上述要求是非常困難的。國(guó)內(nèi)外的免清洗釬劑都是根據(jù)不同的要求來(lái)配制的。如固態(tài)物含量的降低有利于降低腐蝕性，減少焊后的殘余物及獲得較高的表面絕緣電阻，但卻會(huì)削弱發(fā)泡質(zhì)量，影響軟釬焊性。而增加固態(tài)物的含量雖有利于提高軟釬焊性，減少橋接和焊球，但

37、卻導(dǎo)致表面絕緣電阻下降，殘余物增加，表面發(fā)粘等。因此，只能根據(jù)具體產(chǎn)品的要求來(lái)決定合取和適當(dāng)平衡。 免清洗軟釬劑的具體配方多屬專利，各生產(chǎn)廠家對(duì)其產(chǎn)品也只是介紹其性能和適用范圍，如 Multicore公司的X32-105免清洗釬劑是一種不含天然松香、無(wú)鹵化物的完全沒有殘留物的釬劑，可用于一般基板（包括單面板、雙面板和多層板）的釬焊。這種釬劑適用于發(fā)泡、噴霧和浸漬等工藝方法。該釬劑釬后檢驗(yàn)通過了美軍清潔度標(biāo)準(zhǔn)（MlLP28809）、美軍銅鏡試驗(yàn)（MlL-F-1426）、英國(guó)軍規(guī)（DTD-599A）和美國(guó)貝爾規(guī)范（TR-TSY-00008）。其一般特性為：相對(duì)密度0.812 0.001（在25下）

38、；固體含量2.50.5w/w；酸值160.5mg KOHl/g；閃點(diǎn) 12；氣味酒精味；色澤無(wú)色,第五節(jié) 藥芯軟釬焊絲和釬料膏,藥芯軟釬焊絲（俗稱焊錫絲）和釬料膏（即焊膏）都是釬料合金與釬劑的復(fù)合體，其共同的特點(diǎn)是在釬焊時(shí)，釬料和釬劑是一次性同時(shí)施加上去的，所不同的是軟釬焊絲為絲狀，主要用于手工烙鐵釬焊，而釬料膏為膏狀物，多用于各種再流焊過程。 一、藥芯軟釬焊絲 藥芯軟釬焊絲是將軟釬劑預(yù)先密封在釬料合金坯料的內(nèi)部，經(jīng)過拉拔而制成的中心為軟釬劑芯，外邊包裹有軟釬料合金的絲材。按照不同的釬料合金與不同性能的釬劑組合，可以有很多品牌和規(guī)格的藥芯軟釬料絲。而按照釬劑類型的不同，大體上可以分為以下幾類：

39、,第五節(jié) 藥芯軟釬焊絲和釬料膏,（1）樹脂芯軟釬焊絲 此類為以松香基軟釬劑為芯的軟釬料絲。以松香為軟釬劑制作成松香芯軟釬焊絲由來(lái)以久，隨著各種活性松香基軟釬劑的開發(fā)和應(yīng)用，也出現(xiàn)了符合QQS5l7E標(biāo)準(zhǔn)的各種R型、RMA型和RA型等樹脂芯軟釬焊絲。近年來(lái)，為避免樹脂芯軟釬焊絲中釬劑的空斷并提高拉制的效率，國(guó)外多數(shù)廠家采用三芯和五芯的釬劑模具擠制坯料，并拉制出了多芯的軟釬料絲。此外，基于軟釬料合金的優(yōu)良塑性和先進(jìn)的拉伸技術(shù)，現(xiàn)已可將絲徑拉伸到023mm。 軟釬料絲的性能指標(biāo)應(yīng)同時(shí)滿足對(duì)單純釬料和釬劑所要求的指標(biāo)，如合金的熔點(diǎn)，釬劑的腐蝕性，殘?jiān)康?。此外，由于藥芯軟釬料絲多由釬焊工人手工操作使用

40、，因此而特別希望藥芯軟釬料絲的發(fā)煙量少，氣味無(wú)刺激，無(wú)有害氣體以及不產(chǎn)生釬劑的崩濺等。,第五節(jié) 藥芯軟釬焊絲和釬料膏,（2）無(wú)鉛軟釬焊絲 這是隨著國(guó)際社會(huì)禁止用鉛的呼聲不斷高漲，各種無(wú)鉛釬料的研制不斷獲得成功而出現(xiàn)的新型軟釬焊絲。這類軟釬焊絲的藥芯（釬劑）與傳統(tǒng)的各類軟釬焊絲并無(wú)明顯差異，只是用無(wú)鉛釬料替代了錫鉛釬料合金。 （3）水溶性樹脂芯軟釬焊絲 已有多家公司用水溶性釬劑作為藥芯材料制作出了殘?jiān)捎盟逑吹乃幮拒涒F焊絲。如Alpha公司和Kester公司所生產(chǎn)的水溶性藥芯軟釬焊絲都具有釬后殘?jiān)捎盟逑矗约盁岱€(wěn)定性更為優(yōu)良的特點(diǎn)。Multicore HydroX水溶性軟釬焊絲含有專門為電

41、子工業(yè)研制的水溶性釬劑。雖然其活性極強(qiáng)而適用于焊難釬焊的零件，但其殘?jiān)梢匝杆偻耆厝苡谒ァ?第五節(jié) 藥芯軟釬焊絲和釬料膏,（4）免清洗藥芯軟釬焊絲 以免清洗釬劑作為藥芯材料所制成的軟釬焊絲即為免清洗藥芯軟釬焊絲。表48給出了KuPing公司生產(chǎn)的免清洗藥芯軟釬焊絲的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo),表4-8 免清洗藥芯軟釬焊絲的技術(shù)指標(biāo),第五節(jié) 藥芯軟釬焊絲和釬料膏,二、釬料膏 釬料膏是由釬料合金粉末、釬劑及粘結(jié)劑混合所構(gòu)成的膏狀體，其優(yōu)點(diǎn)在于容易實(shí)現(xiàn)釬料量的控制，便于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的裝配和易于實(shí)現(xiàn)釬焊過程自動(dòng)化。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，經(jīng)常會(huì)遇到需要將粉狀釬料與釬劑混合并用溶劑調(diào)成糊狀來(lái)使用。從原則上來(lái)說，這也可以

42、稱之為釬料膏或膏狀釬料。但目前真正以成型產(chǎn)品出售并獲得比較廣泛應(yīng)用的還僅限于電子產(chǎn)品釬焊用的釬料膏。隨著微電子組裝技術(shù)的發(fā)展和表面組裝技術(shù)的不斷推廣應(yīng)用，對(duì)釬料膏的需求量也越來(lái)越大。新型的具有更為優(yōu)異性能的釬料膏也在不斷問世。釬料膏已成為印制電路板組裝中用來(lái)形成電子元器件外引線軟釬焊接頭的最重要材料。一般而言，印制電路板組裝的第一道工序即為在其焊盤上印制/滴注釬料膏。,第五節(jié) 藥芯軟釬焊絲和釬料膏,（1）釬料膏的組成 電子級(jí)釬料膏通常是由釬料合金粉和釬劑載體（軟釬劑、溶劑、活化劑和調(diào)節(jié)流變特性的介質(zhì)等）組成。 1）釬料合金粉 釬料合金粉末是釬料膏的重要組成部分，約占釬料膏總重量的8590，總體

43、積的5060。釬料合金粉末由熔融態(tài)釬料合金經(jīng)霧化沉積工藝制成。霧化沉積工藝是指采用高壓氣體（空氣、氬氣、氮?dú)猓┗蛩疄榻橘|(zhì)將液態(tài)金屬或合全破碎成小液滴，然后快速冷卻成粉末的過程,第五節(jié) 藥芯軟釬焊絲和釬料膏,釬料合金粉末的主要性能參數(shù)為粉末顆粒形狀和粉末粒度。粉末顆粒形狀分為球形和不定形，ANSIJ-STD005 中規(guī)定釬料合金粉末中至少有90為球形，球形的定義標(biāo)準(zhǔn)為顆粒長(zhǎng)一寬比在l0107之間（見圖4-7）。,圖4-7 球形釬料合金粉末,第五節(jié) 藥芯軟釬焊絲和釬料膏,表3-9 粉末目數(shù)與粉末直徑的對(duì)應(yīng)關(guān)系,粉末粒度是粉末直徑的一種表征方法，通常以目數(shù)為單位。粉末粒度與粉末直徑之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表

44、39所示。,第五節(jié) 藥芯軟釬焊絲和釬料膏,表4-10 J-STD-005 中對(duì)釬料合金粉末尺寸分布的要求,目數(shù)越大，合金粉末直徑越小，固定質(zhì)量的粉末群的表面積越大，因此也越容易氧化。J-STD005 中規(guī)定的粉末顆粒尺寸分布如表4-10所示,第五節(jié) 藥芯軟釬焊絲和釬料膏,釬料合金粉是構(gòu)成釬縫金屬的主要來(lái)源。通常對(duì)錫鉛系軟釬料合金粉的成分及顆料度的允差是很小的。釬料合金粉的形狀以球形為主，也有采用不定型粉與球形粉混合使用的。 粉的顆粒度一般取為100目（149m）、200目（74m）、250目（63m）、300目（46m）、325目（45m）和 325目以下（45m）等幾個(gè)等級(jí)，以便適應(yīng)不同的涂

45、覆方法。絲網(wǎng)印制時(shí)，一般要求用200-325目的合金粉，模板印刷時(shí)，粉的顆粒度可以稍大一些，并且粉的顆料度要均勻一致。釬料膏中的合金粉含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）通常在75-90左右。為獲得釬后較高的金屬沉積量，常取85-90。,第五節(jié) 藥芯軟釬焊絲和釬料膏,2）釬料載體 載體控制著釬料膏的干燥速度并與釬料合金粉一起控制著流變行為，主要起著凈化釬料合金粉的表面和促進(jìn)潤(rùn)濕的作用。載體在室溫下應(yīng)是液體或凝膠體，在85下迅速干燥，并且在釬焊溫度下維持其活性。 載體主要由松香或樹脂、溶劑、活化劑和流變改性劑組成。松香是釬劑的主體，常用水白松香?；罨瘎┛梢允怯袡C(jī)胺、有機(jī)酸或胺的鹵氫酸鹽等。根據(jù)其活性程度同樣分為R型

46、，RMA型、RA型、OA型、SRA型、SA型等。同時(shí)又將活性劑及其殘留物的活性分為三等，低（L）、中等（M）和高（H）；另一方面，又特別注明了活性劑中鹵化物的含量，0代表不含鹵化物，l代表含有鹵化物，在含有鹵化物的活性劑中，L形的標(biāo)準(zhǔn)是鹵化物含量O5，M形為052.0，H形為2.0。溶劑和流變改性劑主要用于調(diào)節(jié)液體的流動(dòng)性和粘度。為保證釬料膏的長(zhǎng)期使用性能，溶劑可選用單種或多種有機(jī)物系統(tǒng)。,第五節(jié) 藥芯軟釬焊絲和釬料膏,溶劑作為載體，溶解釬劑系統(tǒng)中的各種固體成分，使之成為均相溶液。溶劑的基本特性如下： l）對(duì)釬劑系統(tǒng)中各種固體成分均有良好的溶解性； 2）室溫下具有非常低的蒸汽壓，可以滿足粘性和

47、緩慢干燥的要求； 3）在預(yù)熱工序可以完全蒸發(fā)且不發(fā)生飛濺： 4）具有低毒性和高閃點(diǎn)。 添加劑是指為適應(yīng)工藝及工藝環(huán)境而加入的具有特殊物理和化學(xué)性質(zhì)的物質(zhì)。最重要的添加劑是流變調(diào)節(jié)劑，又稱粘結(jié)劑，用來(lái)控制釬料膏的粘度和沉積特性。流變性能是釬料膏最重要的整體性能。流變性是指流體在恒定或可變的切力作用下粘度隨時(shí)間變化的特性。對(duì)于釬料膏而言，其粘度應(yīng)在刮扳的切力作用下迅速減小以利于印制，而一旦印制終止則恢復(fù)原來(lái)值。這是釬料膏能夠被涂覆于印制電路板的焊盤之上，又能在涂覆后保持一定粘度以固定電子元器件的基礎(chǔ),第五節(jié) 藥芯軟釬焊絲和釬料膏,（2）釬料膏的類型及用途 釬料膏的種類可以按釬料、釬劑和使用方式的不

48、同來(lái)劃分。 按照使用方式的差異，可以將釬料膏分為絲網(wǎng)印刷用釬料膏，模板印刷用釬料膏和定量分配器用釬料膏。按這種方式劃分釬料膏，其差異主要體現(xiàn)在釬料合金粉的顆粒度上，定量分配器用釬料膏的釬料合金粉最細(xì)，絲網(wǎng)印刷用釬料膏的合金粉次之，模板印刷用針料膏的合金粉最粗。 釬料膏也可以按合金粉的成分來(lái)劃分。錫鉛合金系釬料膏是應(yīng)用最為廣泛的一類，尤其以 Sn60/Pb40和 Sn63/Pb37兩種應(yīng)用最多。Sn5Pb95和 Snl0/Pb90由于合金的熔點(diǎn)較高，因而用于要求較高釬焊溫度的場(chǎng)合。錫鉛銀系釬料膏主要用于鍍銀材料的釬焊，釬料合金粉成分中添加銀是為了減少厚膜中銀的過分溶解。常用的有 Sn62/Pb3

49、6Ag2和 Sn5/Pb935Agl5。錫銀系釬料膏中典型的為Sn95Ags和Sn965Ag35，其釬焊溫度比較高，通常用于要求焊點(diǎn)具有較高強(qiáng)度和較高的抗熱疲勞性能的場(chǎng)合。此外還有錫銻系，銀銻系，鉛銦系和錫銦系等，其特點(diǎn)與相應(yīng)的釬料合金相同 。,第五節(jié) 藥芯軟釬焊絲和釬料膏,表4-11 為日本田村釬料膏的合金成分及用途,第五節(jié) 藥芯軟釬焊絲和釬料膏,按照釬劑類型的不同，又可將釬料膏分為樹脂基釬料膏，水清洗釬料膏和免清洗釬料膏，而按照釬劑活性的差異，則可分為R型、RMA型、RA型釬料膏等。這主要取決于所用釬劑的類型。英國(guó)Multicore公司的最新產(chǎn)品目錄中介紹了它所生產(chǎn)的四類釬料膏： l）免清

50、洗型（氮?dú)夥眨┡浞教厥?，氮?dú)忖F焊流程完美，固體物含量極低，釬后目檢不易分辨出殘留物，減少對(duì)清洗的要求； 2）免清洗與低殘留物型可用于空氣或氮?dú)忖F焊流程，釬后殘留物低，可以不進(jìn)行清洗； 3）普通松香型傳統(tǒng)的松香釬料膏，殘留物安全無(wú)腐蝕性，也可提供含有鹵化物或非鹵化物活化劑的釬料膏，以滿足軍用和民用產(chǎn)品的要求； 4）水溶型一一釬后殘?jiān)子谟盟宄?，活性?qiáng)，可用于難以釬焊的表面，網(wǎng)印壽命長(zhǎng)。 除上述四類之外，還有一種X32型“無(wú)渣”釬料膏，其釬劑是根據(jù)該公司的X32專利合成化學(xué)制劑制成，不含松香，不含鹵化物，釬后不留殘?jiān)?。用這種釬料育生產(chǎn)的印刷電路板，不用清洗即可達(dá)到軍用標(biāo)準(zhǔn)MlLP28809清潔度

51、試驗(yàn)的要求,第五節(jié) 藥芯軟釬焊絲和釬料膏,表4-12給出了該公司釬料膏的釬劑類型和用途。表4-13給出了一些國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的釬料育類型及適用范圍。,表4-12 英國(guó)Multicore公司釬料膏的釬劑類型和用途,表4-13 國(guó)內(nèi)市場(chǎng)銷售的釬料育,第五節(jié) 藥芯軟釬焊絲和釬料膏,（3）釬料膏的特性及要求 1）粘度 釬料膏的粘度是受釬料合金粉的形狀及顆粒度、釬劑成分及含量和溫度等因素影響的主要性能之一。粘度的確定要考慮使用方式、印刷量的大小以及印刷圖形的形狀等。為獲得良好的印刷性能，就要選擇粘度適當(dāng)?shù)拟F料膏，從而保證在印刷過程中不粘網(wǎng)，不糊網(wǎng)。表4-14給出了不同使用方式所對(duì)應(yīng)的釬料膏粘度的參考值,表4-1

52、4釬料膏使用的參考值,第五節(jié) 藥芯軟釬焊絲和釬料膏,2）軟釬焊性 釬料膏的軟釬焊性主要取決于其釬劑的活性和釬料合金粉的性能，對(duì)此可參照釬劑、釬料的特點(diǎn)加以分析和檢驗(yàn)。 3）坍塌性 釬料育的坍塌性與其粘度、釬料粉的形狀和顆料度分布、釬劑含量及印刷厚度等因素有關(guān)。細(xì)密的印刷圖形容易形成塌邊，造成器件引腳間的橋接。 4）殘留顆料 釬料膏經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間放置后粘度變化大，釬后容易產(chǎn)生殘留顆粒，這主要是由于釬料合金粉的含氧量過高造成的。 5）釬料球 用釬料膏進(jìn)行釬焊后，在焊點(diǎn)附近常常會(huì)發(fā)現(xiàn)一些釬料小球。產(chǎn)生的原因一是印刷時(shí)圖形邊緣的釬料粉脫落，二是由于釬料粉的含氧量過高，由于在較高溫度下，釬料小球的位置可能變化

53、，因而會(huì)影響到產(chǎn)品的可靠性。 6）殘?jiān)逑葱?除了水清洗釬料膏之外，使用其它類型的釬料膏，在民用產(chǎn)品上通?？梢圆挥们逑矗谝蟾呖煽啃缘能娪卯a(chǎn)品上，由于殘?jiān)杏锈F料小球存在，在受熱時(shí)可能滾動(dòng)，因而必須清洗。,第五節(jié) 藥芯軟釬焊絲和釬料膏,性能優(yōu)良的釬料膏，除了要保正確的合金成分之外，還應(yīng)滿足以下要求： 1）成品釬料膏在存放期間內(nèi)應(yīng)具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，釬料粉與液態(tài)釬劑之間在常溫下應(yīng)不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)； 2）印刷性、擠出性良好，印刷圖形清晰，不易堵塞網(wǎng)眼或針孔； 3）釬料膏涂布后在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)可保持粘性，有利于器件的定位和釬焊； 4）釬劑與釬料粉不易分離，若產(chǎn)生輕微分離后，略經(jīng)攪拌應(yīng)即可恢復(fù)混懸狀態(tài)

54、； 5）釬料膏的表皮應(yīng)不易團(tuán)化，以防止網(wǎng)眼及針孔堵塞； 6）觸變性好，涂布后塌邊，滲潤(rùn)小，從而保證印刷圖形的清晰以及釬后不產(chǎn)生不必要的焊珠及橋接現(xiàn)象； 7）釬焊時(shí)潤(rùn)濕性良好； 8）毒性小。 隨著表面組裝過程中引線間距的不斷減小組裝密度的提高，對(duì)釬料膏性能的要求也愈加嚴(yán)格。對(duì)釬料用于 0.3mm超細(xì)間距時(shí)的問題進(jìn)行了分析和總結(jié)。其結(jié)果見表4-15。,第五節(jié) 藥芯軟釬焊絲和釬料膏,表4-15 釬料膏用于超細(xì)間距的試驗(yàn)結(jié)果,第六節(jié) 機(jī)械化軟釬焊技術(shù),電子元器件與印刷電路板之間的連接是電子產(chǎn)品中數(shù)量最多，批量最大，應(yīng)用最廣泛的一類連接模式。由于印制板上的焊點(diǎn)多，結(jié)構(gòu)形式及尺寸相近，因此最適合于一次可以

55、完成眾多焊點(diǎn)連接的軟釬焊技術(shù)。大批量同規(guī)格的產(chǎn)品以機(jī)械化方式完成釬焊操作尤其重要。目前，絕大多數(shù)的印制板釬焊都是以機(jī)械化方式來(lái)制造的。 一、機(jī)械化軟釬焊過程概述 一塊印刷電路板自元器件插裝完畢之后到形成最終產(chǎn)品需要經(jīng)過許多步驟，在機(jī)械化作業(yè)中，這些步驟在同一件傳送帶上完成的。其過程如圖48所示,圖4-8 機(jī)械化軟釬焊過程示意圖,第六節(jié) 機(jī)械化軟釬焊技術(shù),在圖示的軟釬焊過程中，主要包含以下步驟： l）裝載印制板 這是過程進(jìn)行的初始位置，在這里要將已經(jīng)插裝好的元器件和印制板安放到傳送帶上。在某些自動(dòng)化程度很高的生產(chǎn)線上，元器件的插裝也是由機(jī)械完成的，在這種情況下，元器件的插裝也可以作為上述過程的一

56、個(gè)環(huán)節(jié)。 2）涂覆軟釬劑 插裝好元器件的印制板需要在這一工位上對(duì)各個(gè)連接點(diǎn)涂覆軟釬劑。所用釬劑通常都是液體，涂覆可以采用發(fā)泡、波峰、浸漬、刷涂和噴射等多種方式來(lái)進(jìn)行。 3）預(yù)熱 預(yù)熱的目的:一是通過提高溫度來(lái)增強(qiáng)軟釬劑的流動(dòng)性，使其順利達(dá)到理想位置，二是使釬劑中易揮發(fā)組分揮發(fā)掉，活性組分開始去除氧化膜，為釬料的潤(rùn)濕作為準(zhǔn)備。 4）軟釬焊 經(jīng)過預(yù)熱的印制板在這工位上完成釬焊，具體的釬焊方法有浸焊、拖焊和波峰焊幾種方式。在某些生產(chǎn)線上，特別是對(duì)于通孔安裝形式的印制板的軟釬焊，常常將軟釬焊過程分兩步進(jìn)行，即先進(jìn)行一次浸焊，然后將伸出長(zhǎng)度較長(zhǎng)的元器件引線切短，此后再進(jìn)行一次波峰焊，以保證焊點(diǎn)有理想的形

57、狀，并減少軟釬焊缺陷，從而保證連接質(zhì)量。,第六節(jié) 機(jī)械化軟釬焊技術(shù),5）冷卻 經(jīng)過軟釬焊工序之后，印制板和元器件都處于較高溫度下，并且焊點(diǎn)處的釬料尚未完全凝固，此時(shí)稍有振動(dòng)就會(huì)影響焊點(diǎn)的連接質(zhì)量，并且較高的溫度對(duì)于一些熱敏感的元器件性能是非常不利的。因此，在印制板離開軟釬焊位置后就應(yīng)使其迅速冷卻，使焊點(diǎn)處的釬料金屬迅速凝固，同時(shí)也可以縮短印制板和元器件在高溫下的停留時(shí)間。 6）卸載印制板 在這一工位上，印制板的軟釬焊連接已經(jīng)完成，可以將其從傳送帶上取下并準(zhǔn)備進(jìn)行焊點(diǎn)質(zhì)量檢驗(yàn)，對(duì)于配備有自動(dòng)化焊點(diǎn)質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)的生產(chǎn)線，也可以經(jīng)過檢測(cè)后再卸載。,第六節(jié) 機(jī)械化軟釬焊技術(shù),二、釬劑涂覆 在機(jī)械化軟釬

58、焊過程中，所用的軟釬劑都是液態(tài)的，這主要是便于機(jī)械化操作。常用的涂覆方式有以下幾種： （1）發(fā)泡涂覆 發(fā)泡涂覆是利用充氣器產(chǎn)生低壓空氣使液體軟釬劑產(chǎn)生泡沫，通過一個(gè)收集器使泡沫聚集在一起，印制板在聚集的泡沫上方運(yùn)動(dòng)并與泡沫接觸，這樣就可以將軟釬劑涂覆到印制板上（見圖4-9）,圖4-9 發(fā)泡涂覆軟釬劑的基本原理,為獲得適當(dāng)?shù)耐扛矂┝?，要求釬劑組元與溶劑有合適的比例，以維持適當(dāng)?shù)恼扯龋a(chǎn)生的泡沫的大小以其直徑1-2mm為佳。所用的空氣壓力應(yīng)盡可能低，一般不超過0.3個(gè)大氣壓。 這種方式的優(yōu)點(diǎn)在于適合于連續(xù)作業(yè)，對(duì)印制板進(jìn)人泡沫區(qū)的深度沒有嚴(yán)格要求，但應(yīng)避免涂覆軟釬劑過量，通孔內(nèi)易于涂覆上釬料同時(shí)

59、又不使產(chǎn)生過量沉積。這種方法的不足在于并非所有的軟釬劑都適合于發(fā)泡；需要對(duì)溶劑的蒸發(fā)進(jìn)行定期補(bǔ)償；應(yīng)用于較熱的印制板時(shí)不穩(wěn)定；硅化物會(huì)破壞泡沫，容易造成這類污染區(qū)域內(nèi)的釬劑量不足；由于所用溶劑的沸點(diǎn)都比較高，因而需要延長(zhǎng)后續(xù)預(yù)熱工序的時(shí)間。,第六節(jié) 機(jī)械化軟釬焊技術(shù),（2）波峰涂覆 波峰涂覆的原理見圖4-10。通過一個(gè)放置于釬劑糟底部的葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生一個(gè)雙側(cè)波峰，印制板在些波峰上通過就可以實(shí)現(xiàn)軟釬劑的涂覆。為維持軟釬劑液面的高度，需要配備一個(gè)可調(diào)節(jié)的波高控制器，為去除印制板上多余的軟釬劑而配置一個(gè)軟毛刷。,對(duì)于通孔安裝式印制板，當(dāng)板下元器件引線的伸出長(zhǎng)度超過1.5mm時(shí)，特別適合采用波峰涂覆。波峰涂覆用松香基釬劑中的固體含量可以達(dá)到60，而發(fā)泡涂覆時(shí)一般不超過35。,圖4-10 波峰涂覆軟釬原理示意圖,波峰涂覆軟釬劑的優(yōu)點(diǎn)是適合于連續(xù)作業(yè)，各種液體軟釬劑均可采用這種方法，特別適合于通孔安裝印制板，還可用于較熱的印制板。其不足之處在于對(duì)釬劑液面高度的要求非常嚴(yán)格，溶劑揮發(fā)損耗較大，需要定期補(bǔ)充，另外還存在著軟釬劑滲入到某些元器件內(nèi)部的危險(xiǎn)。,第六節(jié) 機(jī)械化軟釬焊技術(shù),（3）浸漬涂覆 這種方法是將印制板待軟釬焊的一面浸人到液態(tài)釬劑的表面上來(lái)實(shí)現(xiàn)釬劑涂覆的。將液態(tài)釬劑置于一個(gè)敞口的容器中，而在不使用時(shí)，需將容器蓋上，以防止溶劑過分揮發(fā)損耗。在自動(dòng)化軟釬焊過程中一般不使用這種