网站地图
焊锡膏

也叫锡膏,英文名solder paste,灰色膏体。焊锡膏是伴随着SMT应运而生的一种新型焊接材料,是由焊锡粉、助焊剂以及其它的表面活性剂、触变剂等加以混合,形成的膏状混合物。主要用于SMT行业PCB表面电阻、电容、IC等电子元器件的焊接。

在20世纪70年代的表面贴装技术(Surface Mount Technology,简称SMT),是指在印制电路板焊盘上印刷、涂布焊锡膏,并将表面贴装元器件准确的贴放到涂有焊锡膏的焊盘上,按照特定的回流温度曲线加热电路板,让焊锡膏熔化,其合金成分冷却凝固后在元器件与印制电路板之间形成焊点而实现冶金连接的技术。

焊锡膏是伴随着SMT应运而生的一种新型焊接材料。焊锡膏是一个复杂的体系,是由焊锡粉、助焊剂以及其它的添加物混合而成的膏体。焊锡膏在常温下有一定的粘性,可将电子元器件初粘在既定位置,在焊接温度下,随着溶剂和部分添加剂的挥发,将被焊元器件与印制电路焊盘焊接在一起形成永久连接。

焊锡膏,主要由助焊剂和焊料粉组成(FLUX &SOLDER POWDER)

(一)、助焊剂的主要成份及其作用:

A、活化剂(ACTIVATION):该成份主要起到去除PCB铜膜焊盘表层及零件焊接部位的氧化物质的作用,同时具有降低锡、铅表面张力的功效;

B、触变剂(THIXOTROPIC) :该成份主要是调节焊锡膏的粘度以及印刷性能,起到在印刷中防止出现拖尾、粘连等现象的作用;

C、树脂(RESINS):该成份主要起到加大锡膏粘附性,而且有保护和防止焊后PCB再度氧化的作用;该项成分对零件固定起到很重要的作用;

D、溶剂(SOLVENT):该成份是焊剂组份的溶剂,在锡膏的搅拌过程中起调节均匀的作用,对焊锡膏的寿命有一定的影响;

(二)、焊料粉:

焊料粉又称锡粉主要由锡铅、锡铋、锡银铜合金组成,一般比例为SN63/PB37、SN42BI58、SN96.5CU0.5AG3.0和SN99CU0.7AG0.3。概括来讲锡粉的相关特性及其品质要求有如下几点:

A、锡粉的颗粒形态对锡膏的工作性能有很大的影响:

A-1、重要的一点是要求锡粉颗粒大小分布均匀,这里要谈到锡粉颗粒度分布比例的问题;在国内的焊料粉或焊锡膏生产厂商,大家经常用分布比例来衡量锡粉的均匀度:以25~45μm的锡粉为例,通常要求35μm左右的颗粒分度比例为60%左右,35μm 以下及以上部份各占20%左右;

A-2、另外也要求锡粉颗粒形状较为规则;根据“中华人民共和国电子行业标准《锡铅膏状焊料通用规范》(SJ/T 11186-1998)”中相关规定如下:“合金粉末形状应是球形的,但允许长轴与短轴的最大比为1.5的近球形状粉末。如用户与制造厂达成协议,也可为其他形状的合金粉末。”在实际的工作中,通常要求为锡粉颗粒长、短轴的比例一般在1.2以下。

A-3、如果以上A-1及A-2的要求项不能达到上述基本的要求,在焊锡膏的使用过程中,将很有可能会影响锡膏印刷、点注以及焊接的效果。

B、各种锡膏中锡粉与助焊剂的比例也不尽相同,选择锡膏时,应根据所生产产品、生产工艺、焊接元器件的精密程度以及对焊接效果的要求等方面,去选择不同的锡膏;

B-1、根据“中华人民共和国电子行业标准《锡铅膏状焊料通用规范》(SJ/T 11186-1998)”中相关规定,“焊膏中合金粉末百分(质量)含量应为65%-96%,合金粉末百分(质量)含量的实测值与订货单预定值偏差不大于±1%”;通常在实际的使用中,所选用锡膏其锡粉含量大约在90%左右,即锡粉与助焊剂的比例大致为90:10;

B-2、普通的印刷制式工艺多选用锡粉含量在89-91.5%的锡膏;

B-3、当使用针头点注式工艺时,多选用锡粉含量在84-87%的锡膏;

B-4、回流焊要求器件管脚焊接牢固、焊点饱满、光滑并在器件(阻容器件)端头高度方向上有1/3至2/3高度焊料爬升,而焊锡膏中金属合金的含量,对回流焊焊后焊料厚度(即焊点的饱满程度)有一定的影响;为了证实这种问题的存在,有关专家曾做过相关的实验,现摘抄其最终实验结果如下表供参考:(表暂缺)

从上表看出,随着金属含量减少,回流焊后焊料的厚度减少,为了满足对焊点的焊锡量的要求,通常选用85%~92%含量的焊膏。

C、锡粉的“低氧化度”也是非常重要的一个品质要求,这也是锡粉在生产或保管过程中应该注意的一个问题;如果不注意这个问题,用氧化度较高的锡粉做出的焊锡膏,将在焊接过程中严重影响焊接的品质。

什么是焊料

焊料是一种熔点比被焊金属熔点低的易熔金属。焊料熔化时,在被焊金属不熔化的条件下能润浸被焊金属表面,并在接触面处形成合金层而与被焊金属连接到一起。在一般电子产品装配中,俗称为焊锡。

常用焊料具备的条件:

1)焊料的熔点要低于被焊工件。

2)易于与被焊物连成一体,要具有一定的抗压能力。

3)要有较好的导电性能。

4)要有较快的结晶速度。

常用焊料的种类

根据熔点不同可分为硬焊料和软焊料;根据组成成分不同可分为锡铅焊料、银焊料、铜焊料等。在锡焊工艺中,一般使用锡铅合金焊料。

1)锡铅焊料是常用的锡铅合金焊料,主要由锡和铅组成,还含有锑等微量金属成分。

锡铅焊料主要用途:广泛用于电子行业的软钎焊、散热器及五金等各行业波峰焊、浸焊等精密焊接。特殊焊接工艺以及喷涂、电镀等。经过特殊工艺调质精炼处理而生产成的抗氧化焊锡条,具有独特的高抗氧化性能,浮渣比普通焊料少,具有损耗少、流动性好,可焊性强、焊点均匀、光亮等特点.

锡铅焊料条

锡铅焊料标准:GB/T8012-2000/GB/T3131-2001

2)共晶焊锡是指达到共晶成分的锡铅焊料,合金成分是锡的含量为61.9%、铅的含量为38.1%。在实际应用中一般将含锡60%,含铅40%的焊锡就称为共晶焊锡。在锡和铅的合金中,除纯锡、纯铜和共晶成分是在单一温度下熔化外,其他合金都是在一个区域内熔化的,所以共晶焊锡是锡铅焊料中性能最好的一种。

Eutectic solders(共晶焊锡):两种或更多的金属合金,具有最低的熔化点,当加热时,共晶合金直接从固态变到液态,而不经过塑性阶段。

常用焊料的形状:

焊料在使用时常按规定的尺寸加工成形,有片状、块状、棒状、带状和丝状等多种。

1)丝状焊料通常称为焊锡丝,中心包着松香,叫松脂芯焊丝,手工烙铁锡焊时常用。松脂芯焊丝的外径通常有0.5mm、0.6mm、0.8mm、1.Omm、1.2mm、1.6mm、2.Omm、2.3mm、3.Omm等规格。

2)片状焊料常用于硅片及其他片状焊件的焊接。

3)带状焊料常用于自动装配的生产线上,用自动焊机从制成带状的焊料上冲切一段进行焊接,以提高生产效率。

4)焊料膏将焊料与助焊剂拌和在一起制成,焊接时先将焊料膏涂在印制电路板上,然后进行焊接,在自动贴片工艺上已经大量使用。

1.保存方法

锡膏的保管要控制在1-10℃的环境下;锡膏的使用期限为6个月(未开封);不可放置于阳光照射处。

2.使用方法(开封前)

开封前须将锡膏温度回升到使用环境温度上(25±2℃),回温时间约3-4小时,并禁止使用其他加热器使其温度瞬间上升的做法;回温后须充分搅拌,使用搅拌机的搅拌时间为1-3分钟,视搅拌机机种而定。

3.使用方法(开封后)

1)将锡膏约2/3的量添加于钢网上,尽量保持以不超过1罐的量于钢网上。

2)视生产速度,以少量多次的添加方式补足钢网上的锡膏量,以维持锡膏的品质。

3)当天未使用完的锡膏,不可与尚未使用的锡膏共同放置,应另外存放在别的容器之中。锡膏开封后在室温下建议24小时内用完。

4)隔天使用时应先行使用新开封的锡膏,并将前一天未使用完的锡膏与新锡膏以1:2的比例搅拌混合,并以少量多次的方式添加使用。

5)锡膏印刷在基板后,建议于4-6小时内放置零件进入回焊炉完成着装。

6)换线超过1小时以上,请于换线前将锡膏从钢板上刮起收入锡膏罐内封盖。

7)锡膏连续印刷24小时后,由于空气粉尘等污染,为确保产品品质,请按照“步骤4)”的方法。

8)为确保印刷品质建议每4小时将钢板双面的开口以人工方式进行擦拭。

9)室内温度请控制与22-28℃,湿度RH30-60%为最好的作业环境。

10)欲擦拭印刷错误的基板,建议使用工业酒精或工业清洗剂

无铅焊锡膏的成分及最佳合金成分比较

在无铅锡膏的成分中,主要是由锡/银/铜三部分组成,由银和铜来代替原来的铅的成分。

一、根本的特性和现象

在锡/银/铜系统中,锡与次要元素(银和铜)之间的冶金反应是决定应用温度、固化机制以及机械性能的主要因素。按照二元相位图,在这三个元素之间有三种可能的二元共晶反应。银与锡之间的一种反应在221°C形成锡基质相位的共晶结构和ε金属之间的化合相位(Ag3Sn)。铜与锡反应在227°C形成锡基质相位的共晶结构和η金属间的化合相位(Cu6Sn5)。银也可以与铜反应在779°C形成富银α相和富铜α相的共晶合金。可是,在现时的研究中1,对锡/银/铜三重化合物固化温度的测量,在779°C没有发现相位转变。这表示很可能银和铜在三重化合物中直接反应。而在温度动力学上更适于银或铜与锡反应,以形成Ag3Sn或Cu6Sn5金属间的化合物。因此,锡/银/铜三重反应可预料包括锡基质相位、ε金属之间的化合相位(Ag3Sn)和η金属间的化合相位(Cu6Sn5)。

和双相的锡/银和锡/铜系统所确认的一样,相对较硬的Ag3Sn和Cu6Sn5 粒子在锡基质的锡/银/铜三重合金中,可通过建立一个长期的内部应力,有效地强化合金。这些硬粒子也可有效地阻挡疲劳裂纹的蔓延。Ag3Sn和Cu6Sn5粒子的形成可分隔较细小的锡基质颗粒。Ag3Sn和Cu6Sn5粒子越细小,越可以有效的分隔锡基质颗粒,结果是得到整体更细小的微组织。这有助于颗粒边界的滑动机制,因此延长了提升温度下的疲劳寿命。

虽然银和铜在合金设计中的特定配方对得到合金的机械性能是关键的,但发现熔化温度对0.5~3.0%的铜和3.0~4.7%的银的含量变化并不敏感。

机械性能对银和铜含量的相互关系分别作如下总结2:当银的含量为大约3.0~3.1%时,屈服强度和抗拉强度两者都随铜的含量增加到大约1.5%,而几乎成线性的增加。超过1.5%的铜,屈服强度会减低,但合金的抗拉强度保持稳定。整体的合金塑性对0.5~1.5%的铜是高的,然后随着铜的进一步增加而降低。对于银的含量(0.5~1.7%范围的铜),屈服强度和抗拉强度两者都随银的含量增加到4.1%,而几乎成线性的增加,但是塑性减少。

在3.0~3.1%的银时,疲劳寿命在1.5%的铜时达到最大。发现银的含量从3.0%增加到更高的水平(达4.7%)对机械性能没有任何的提高。当铜和银两者都配制较高时,塑性受到损害,如96.3Sn/4.7Ag/1.7Cu。

最佳合金成分

合金95.4Sn/3.1Ag/1.5Cu被认为是最佳的。其良好的性能是细小的微组织形成的结果,微组织给予高的疲劳寿命和塑性。对于0.5~0.7%铜的焊锡合金,任何高于大约3%的含银量都将增加Ag3Sn的粒子体积分数,从而得到更高的强度。可是,它不会再增加疲劳寿命,可能由于较大的Ag3Sn粒子形成。在较高的含铜量(1~1.7%Cu)时,较大的Ag3Sn粒子可能可能超过较高的Ag3Sn粒子体积分数的影响,造成疲劳寿命降低。当铜超过1.5%(3~3.1%Ag),Cu6Sn5粒子体积分数也会增加。可是,强度和疲劳寿命不会随铜而进一步增加。在锡/银/铜三重系统中,1.5%的铜(3~3.1%Ag)最有效地产生适当数量的、最细小的微组织尺寸的Cu6Sn5粒子,从而达到最高的疲劳寿命、强度和塑性。

据报道,合金93.6Sn/4.7Ag/1.7Cu是217°C温度的三重共晶合金3。可是,在冷却曲线测量中,这种合金成分没有观察到精确熔化温度。而得到一个小的温度范围:216~217°C。

这种合金成分提高现时研究中的三重合金成分最高的抗拉强度,但其塑性远低于63Sn/37Pb。合金95.4Sn/4.1Ag/0.5Cu比95.4Sn/3.1Ag/1.5Cu的屈服强度低。93.6Sn/4.7Ag/1.7Cu的疲劳寿命低于95.4Sn/3.1Ag/1.5Cu。如果颗粒边界滑动机制主要决定共晶焊锡合金,那么95.4Sn/3.1Ag/1.5Cu,而不是93.6Sn/4.7Ag/1.7Cu,应该更靠近真正的共晶特性。

另外,95.4Sn/3.1Ag/1.5Cu比93.6Sn/4.7Ag/1.7Cu和95.4Sn/4.1Ag/0.5Cu具有经济优势。

与63Sn/37Pb比较

3.0~4.7%Ag和0.5~1.7%Cu的合金成分通常具有比63Sn/37Pb更高的抗拉强度。例如,95.4Sn/3.1Ag/1.5Cu和93.6Sn/4.7Ag/1.7Cu在强度和疲劳特性上比63Sn/37Pb好得多。93.6Sn/4.7Ag/1.7Cu的塑性较63Sn/37Pb低,而95.4Sn/3.1Ag/1.5Cu的塑性比63Sn/37Pb还高。与96.5Sn/3.5Ag比较

95.4Sn/3.1Ag/1.5Cu具有216~217°C的熔化温度(几乎共晶),比共晶的96.5Sn/3.5Ag低大约4°C。当与96.5Sn/3.5Ag比较基本的机械性能时,研究中的特定合金成分在强度和疲劳寿命上表现更好。可是,含有较高银和铜的合金成分,如93.6Sn/4.7Ag/1.7Cu的塑性比93.6Sn/4.7Ag低。

与99.3Sn/0.7Cu比较

3.0~4.7%Ag和0.5~1.5%Cu的锡/银/铜成分合金具有较好的强度和疲劳特性,但塑性比99.3Sn/0.7Cu低。

推荐

锡/银/铜系统中最佳合金成分是95.4Sn/3.1Ag/1.5Cu,它具有良好的强度、抗疲劳和塑性。可是应该注意的是,锡/银/铜系统能够达到的最低熔化温度是216~217°C,这还太高,以适于现时SMT结构下的电路板应用(低于215°C的熔化温度被认为是一个实际的标准)。

总而言之,含有0.5~1.5%Cu和3.0~3.1%Ag的锡/银/铜系统的合金成分具有相当好的物理和机械性能。相当而言,95.4Sn/3.1Ag/1.5Cu成本比那些含银量高的合金低,如93.6Sn/4.7Ag/1.7Cu和95.4Sn/4.1Ag/0.5Cu。在某些情况中,较高的含银量可能减低某些性能。

设定锡膏回流温度曲线

正确的温度曲线将保证高品质的焊接锡点。

一、测试方法

在使用表面贴装元件的印刷电路板(PCB)装配中,要得到优质的焊点,一条优化的回流温度曲线是最重要的因素之一。温度曲线是施加于电路装配上的温度对时间的函数,当在笛卡尔平面作图时,回流过程中在任何给定的时间上,代表PCB上一个特定点上的温度形成一条曲线。几个参数影响曲线的形状,其中最关键的是传送带速度和每个区的温度设定。带速决定机板暴露在每个区所设定的温度下的持续时间,增加持续时间可以允许更多时间使电路装配接近该区的温度设定。每个区所花的持续时间总和决定总共的处理时间。

每个区的温度设定影响PCB的温度上升速度,高温在PCB与区的温度之间产生一个较大的温差。增加区的设定温度允许机板更快地达到给定温度。因此,必须作出一个图形来决定PCB的温度曲线。接下来是这个步骤的轮廓,用以产生和优化图形。

在开始作曲线步骤之前,需要下列设备和辅助工具:温度曲线仪、热电偶、将热电偶附着于PCB的工具和锡膏参数表。可从大多数主要的电子工具供应商买到温度曲线附件工具箱,这工具箱使得作曲线方便,因为它包含全部所需的附件(除了曲线仪本身)

许多回流焊机器包括了一个板上测温仪,甚至一些较小的、便宜的台面式炉子。测温仪一般分为两类:实时测温仪,即时传送温度/时间数据和作出图形;而另一种测温仪采样储存数据,然后上载到计算机。

热电偶必须长度足够,并可经受典型的炉膛温度。一般较小直径的热电偶,热质量小响应快,得到的结果精确。

有几种方法将热电偶附着于PCB,较好的方法是使用高温焊锡如银/锡合金,焊点尽量最小。

另一种可接受的方法,快速、容易和对大多数应用足够准确,少量的热化合物(也叫热导膏或热油脂)斑点覆盖住热电偶,再用高温胶带(如Kapton)粘住。

还有一种方法来附着热电偶,就是用高温胶,如氰基丙烯酸盐粘合剂,此方法通常没有其它方法可靠。 附着的位置也要选择,通常最好是将热电偶尖附着在PCB焊盘和相应的元件引脚或金属端之间。

锡膏特性参数表也是必要的,其包含的信息对温度曲线是至关重要的,如:所希望的温度曲线持续时间、锡膏活性温度、合金熔点和所希望的回流最高温度。

开始之前,必须理想的温度曲线有个基本的认识。理论上理想的曲线由四个部分或区间组成,前面三个区加热、最后一个区冷却。炉的温区越多,越能使温度曲线的轮廓达到更准确和接近设定。大多数锡膏都能用四个基本温区成功回流。

预热区,也叫斜坡区,用来将PCB的温度从周围环境温度提升到所须的活性温度。在这个区,产品的温度以不超过每秒2~5°C速度连续上升,温度升得太快会引起某些缺陷,如陶瓷电容的细微裂纹,而温度上升太慢,锡膏会感温过度,没有足够的时间使PCB达到活性温度。炉的预热区一般占整个加热通道长度的25~33%。

活性区,有时叫做干燥或浸湿区,这个区一般占加热通道的33~50%,有两个功用,第一是,将PCB在相当稳定的温度下感温,允许不同质量的元件在温度上同质,减少它们的相当温差。第二个功能是,允许助焊剂活性化,挥发性的物质从锡膏中挥发。一般普遍的活性温度范围是120~150°C,如果活性区的温度设定太高,助焊剂没有足够的时间活性化,温度曲线的斜率是一个向上递增的斜率。虽然有的锡膏制造商允许活性化期间一些温度的增加,但是理想的曲线要求相当平稳的温度,这样使得PCB的温度在活性区开始和结束时是相等的。市面上有的炉子不能维持平坦的活性温度曲线,选择能维持平坦的活性温?度曲线的炉子,将提高可焊接性能,使用者有一个较大的处理窗口。 回流区,有时叫做峰值区或最后升温区。这个区的作用是将PCB装配的温度从活性温度提高到所推荐的峰值温度。活性温度总是比合金的熔点温度低一点,而峰值温度总是在熔点上。典型的峰值温度范围是205~230°C,这个区的温度设定太高会使其温升斜率超过每秒2~5°C,或达到回流峰值温度比推荐的高。这种情况可能引起PCB的过分卷曲、脱层或烧损,并损害元件的完整性。

今天,最普遍使用的合金是Sn63/Pb37,这种比例的锡和铅使得该合金共晶。共晶合金是在一个特定温度下熔化的合金,非共晶合金有一个熔化的范围,而不是熔点,有时叫做塑性装态。本文所述的所有例子都是指共晶锡/铅,因为其使用广泛,该合金的熔点为183°C。

理想的冷却区曲线应该是和回流区曲线成镜像关系。越是靠近这种镜像关系,焊点达到固态的结构越紧密,得到焊接点的质量越高,结合完整性越好。

作温度曲线的第一个考虑参数是传输带的速度设定,该设定将决定PCB在加热?通道所花的时间。典型的锡膏制造厂参数要求3~4分钟的加热曲线,用总的加热通道长度除以总的加热感温时间,即为准确的传输带速度,例如,当锡膏要求四分钟的加热时间,使用六英尺加热通道长度,计算为:6 英尺 ÷ 4 分钟 = 每分钟 1.5 英尺 = 每分钟 18 英寸。

接下来必须决定各个区的温度设定,重要的是要了解实际的区间温度不一定就是该区的显示温度。显示温度只是代表区内热敏电偶的温度,如果热电偶越靠近加热源,显示的温度将相对比区间温度较高,热电偶越靠近PCB的直接通道,显示的温度将越能反应区间温度。明智的是向炉子制造商咨询了解清楚显示温度和实际区间温度的关系。本文中将考虑的是区间温度而不是显示温度。表一列出的是用于典型PCB装配回流的区间温度和温度确定后,必须输入到炉的控制器。看看手册上其它需要调整的参数,这些参数包括冷却风扇速度、强制空气冲击和惰性气体流量。一旦所有参数输入后,启动机器,炉子稳定后(即,所有实际显示温度接近符合设定参数)可以开始作曲线。下一部将PCB放入传送带,触发测温仪开始记录数据。为了方便,有些测温仪包括触发功能,在一个相对低的温度自动启动测温仪,典型的这个温度比人体温度37°C(98.6°F)稍微高一点。例如,38°C(100°F)的自动触发器,允许测温仪几乎在PCB刚放入传送带进入炉时开始工作,不至于热电偶在人手上处理时产生误触发。

二、测试结果分析

首先,必须证实从环境温度到回流峰值温度的总时间和所希望的加热曲线居留时间相协调,如果太长,按比例地增加传送带速度,如果太短,则相反。

选择与实际图形形状最相协调的曲线。应该考虑从左道右(流程顺序)的偏差,例如,如果预热和回流区中存在差异,首先将预热区的差异调正确,一般最好每次调一个参数,在作进一步调整之前运行这个曲线设定。这是因为一个给定区的改变也将影响随后区的结果。我们也建议新手所作的调整幅度相当较小一点。一旦在特定的炉上取得经验,则会有较好的“感觉”来作多大幅度的调整。

当最后的曲线图尽可能的与所希望的图形相吻合,应该把炉的参数记录或储存以备后用。虽然这个过程开始很慢和费力,但最终可以取得熟练和速度,结果得到高品质的PCB的高效率的生产。

在锡膏印刷过程中,印刷机是达到所希望的印刷品质的关键。今天可购买到的丝印机分为两种主要类型:实验室与生产。每个类型有进一步的分类,因为每个公司希望从实验室与生产类型的印刷机得到不同的性能水平。例如,一个公司的研究与开发部门(R&D)使用实验室类型制作产品原型,而生产则会用另一种类型。还有,生产要求可能变化很大,取决于产量。因为激光切割设备是不可能分类的,最好是选择与所希望的应用相适应的丝印机。

在手工或半自动印刷机中,锡膏是手工地放在模板/丝网上,这时印刷刮板(squeegee)处于模板的另一端。在自动印刷机中,锡膏是自动分配的。在印刷过程中,印刷刮板向下压在模板上,使模板底面接触到电路板顶面。当刮板走过所腐蚀的整个图形区域长度时,锡膏通过模板/丝网上的开孔印刷到焊盘上。

在锡膏已经沉积之后,丝网在刮板之后马上脱开(snap off),回到原地。这个间隔或脱开距离是设备设计所定的,大约0.020"~0.040"。脱开距离与刮板压力是两个达到良好印刷品质的与设备有关的重要变量。

如果没有脱开,这个过程叫接触(on-contact)印刷。当使用全金属模板和刮刀时,使用接触印刷。非接触(off-contact)印刷用于柔性的金属丝网。

刮板(squeegee)类型

刮板的磨损、压力和硬度决定印刷质量,应该仔细监测。对可接受的印刷品质,刮板边缘应该锋利和直线。刮板压力低造成遗漏和粗糙的边缘,而刮板压力高或很软的刮板将引起斑点状的(smeared)印刷,甚至可能损坏刮板和模板或丝网。过高的压力也倾向于从宽的开孔中挖出锡膏,引起焊锡圆角不够。

常见有两种刮板类型:橡胶或聚氨酯(polyurethane)刮板和金属刮板。当使用橡胶刮板时,使用70-90橡胶硬度计(durometer)硬度的刮板。当使用过高的压力时,渗入到模板底部的锡膏可能造成锡桥,要求频繁的底部抹擦。为了防止底部渗透,焊盘开口在印刷时必须提供密封(gasketing)作用。这取决于模板开孔壁的粗糙度。

金属刮刀也是常用的。随着更密间距元件的使用,金属刮刀的用量在增加。它们由不锈钢或黄铜制成,具有平的刀片形状,使用的印刷角度为30~45°。一些刮刀涂有润滑材料。因为使用较低的压力,它们不会从开孔中挖出锡膏,还因为是金属的,它们不象橡胶刮板那样容易磨损,因此不需要锋利。它们比橡胶刮板成本贵得多,并可能引起模板磨损。

使用不同的刮板类型在使用标准元件和密脚元件的印刷电路装配(PCA)中是有区分的。锡膏量的要求对每一种元件有很大的不同。密间距元件要求比标准表面贴装元件少得多的焊锡量。焊盘面积和厚度控制锡膏量。

一些工程师使用双厚度的模板来对密脚元件和标准表面贴装焊盘施用适当的锡膏数量。其它工程师采用一种不同的方法 - 他们使用不需要经常锋利的更经济的金属刮刀。用金属刮刀更容易防止锡膏沉积量的变化,但这种方法要求改良的模板开孔设计来防止在密间距焊盘上过多的锡膏沉积。这个方法在工业上变得更受欢迎,但是,使用双厚度印刷的橡胶刮板也还没有消失。

模板(stencil)类型

重要的印刷品质变量包括模板孔壁的精度和光洁度。保存模板宽度与厚度的适当的纵横比(aspect ratio)是重要的。推荐的纵横比为1.5。这对防止模板阻塞是重要。一般,如果纵横比小于1.5,锡膏会保留在开孔内。除了纵横比之外,如IPC-7525《模板设计指南》所推荐的,还要有大于0.66的面积比(焊盘面积除以孔壁面积)。IPC-7525可作为模板设计的一个良好开端。

制作开孔的工艺过程控制开孔壁的光洁度和精度。有三种常见的制作模板的工艺:化学腐蚀、激光切割和加成(additive)工艺。

1)化学腐蚀(chemically etched)模板

金属模板和柔性金属模板是使用两个阳性图形通过从两面的化学研磨来蚀刻的。在这个过程中,蚀刻不仅在所希望的垂直方向进行,而且在横向也有。这叫做底切(undercutting) - 开孔比希望的较大,造成额外的焊锡沉积。因为50/50从两面进行蚀刻,其结果是几乎直线的孔壁,在中间有微微沙漏形的收窄。

因为电蚀刻模板孔壁可能不平滑,电抛光,一个微蚀刻工艺,是达到平滑孔壁的一个方法。另一个达到较平滑孔壁的方法是镀镍层(nickel plating)。抛光或平滑的表面对锡膏的释放是好的,但可能引起锡膏越过模板表面而不在刮板前滚动。这个问题可通过选择性地抛光孔壁而不是整个模板表面来避免。镀镍进一步改善平滑度和印刷性能。可是,它减小了开孔,要求图形调整。

2)激光切割(laser-cut)模板

激光切割是另一种减去(subtractive)工艺,但它没有底切问题。模板直接从Gerber数据制作,因此开孔精度得到改善。数据可按需要调整以改变尺寸。更好的过程控制也会改善开孔精度。激光切割模板的另一个优点是孔壁可成锥形。化学蚀刻的模板也可以成锥形,如果只从一面腐蚀,但是开孔尺寸可能太大。板面的开口稍微比刮板面的大一点的锥形开孔(0.001"~0.002",产生大约2°的角度),对锡膏释放更容易。

激光切割可以制作出小至0.004"的开孔宽度,精度达到0.0005",因此很适合于超密间距(ultra-fine-pitch)的元件印刷。激光切割的模板也会产生粗糙的边缘,因为在切割期间汽化的金属变成金属渣。这可能引起锡膏阻塞。更平滑的孔壁可通过微蚀刻来产生。激光切割的模板如果没有预先对需要较薄的区域进行化学腐蚀,就不能制成台阶式多级模板。激光一个一个地切割每一个开孔,因此模板成本是要切割的开孔数量而定。

3)电铸成型(electroformed)模板

制作模板的第三种工艺是一种加成工艺,最普遍地叫做电铸成型。在这个工艺中,镍沉积在铜质的阴极心上以形成开孔。一种光敏干胶片叠层在铜箔上(大约0.25"厚度)。胶片用紫外光通过有模板图案的遮光膜进行聚合。经过显影后,在铜质心上产生阴极图案,只有模板开孔保持用光刻胶(photoresist)覆盖。然后在光刻胶的周围通过镀镍形成了模板。在达到所希望的模板厚度后,把光刻胶从开孔除掉。电铸成型的镍箔通过弯曲从铜心上分开 - 一个关键的工艺步骤。箔片准备好装框,制作模板的其它步骤。

电铸成型台阶式模板可以做得到,但成本增加。由于可达到精密的公差,电铸成型的模板提供良好的密封作用,减少了模板底面的锡膏渗漏。这意味着模板底面擦拭的频率显著地降低,减少潜在的锡桥。

结论

化学腐蚀和激光切割是制作模板的减去工艺。化学蚀刻工艺是最老的、使用最广的。激光切割相对较新,而电铸成型模板是最新时兴的东西。

为了达到良好的印刷结果,必须有正确的锡膏材料(黏度、金属含量、最大粉末尺寸和尽可能最低的助焊剂活性)、正确的工具(印刷机、模板和刮刀)和正确的工艺过程(良好的定位、清洁拭擦)的结合。

吞吐量定义为:在给定的时间周期内,可以生产出多少合格的印刷电路板。

影响一条SMT生产线产量的因素是多种多样的,经常提到的一个因素是锡膏印刷设备的周期。过去,“机器周期”用作主要设备生产吞吐量的一个重要指标,但对一台模板印刷机或其它电子制造设备来说,它仅仅是量度真实产量的一个因素。电子制造业经常交换使用周期和吞吐量两个术语,事实上,它们在机器性能的量度工作中是两种不同的因素。

周期的定义是机器可以完成的电路板的装卸、对位等基本功能任务的速度。一般包含以下内容:电路板进出机器的运动、电路板按已定目标(模板基准标记)进行校正、电路板运动到其必须的位置,以及电路板传送到下道工序的时间。机器主要功能的实际完成(在本例中是锡膏的实际印刷)一般要依赖于定义机器周期的各个公认元素。大多数情况下,锡膏印刷设备的供应商只把机器的周期定义为印刷电路板送进、送出机器,以及印刷电路板按已定目标(模板基准标记)校正的过程。

很多时候真正的印刷动作并不包括在锡膏印刷机的周期内。印刷动作在很大程度上依赖于使用的锡膏和生产的基板尺寸。大多数现代锡膏印刷设备刮板的的运动速度可以远远快于实际锡膏印刷的要求。许多客户仍在使用那些必须缓慢印制的锡膏,这经常成为锡膏印刷工艺周期的一个主要时间因素。正是由于材料会产生很多影响变量,设备制造商便将周期的定义内容缩减为自己可控的那些项目。

我们应该把机器周期定义考虑得更宽泛一些,以使更好地理解机器吞吐量与设备利用率。更宽泛的定义除了包括上述所有功能,还需加上机器执行的所有“间接”(overhead)功能。“间接”功能定义是:不直接包括在电路板传送和准确印刷锡膏的实际操作中的所有其它机器功能。大多数的现代锡膏印刷机都可以执行许多“间接”功能,如模板清洗、二维(2D)印后检验、模板上锡膏的涂覆等,有些更先进的系统甚至提供对锡膏印刷的三维(3D)印后检验、慢速脱离(snap-off)、定位支撑针的安装,以及对统计过程控制和其它管理与质量数据的采集功能,作为机器的附加功能。

当采用机器周期的这种扩展定义时,很难对锡膏印刷机设备作出比较,因为一般情况下这些功能代替了手工和离线的保证工艺质量功能。必须花时间来彻底理解每个“间接”功能如何完成自己的任务,才能够对机器的性能作出正确的评估。在证明某项功能的价值时,机器执行间接任务的速度当然是主要考虑因素,同时,还必须考虑机器将以怎样的精确度和可重复性执行间接操作。许多印刷设备能够并行地执行几个“间接”功能,这样不会由于增加功能造成吞吐量的实际损失。如果机器可以并行地执行两、三个“间接”功能,并且仍能提供“最佳”的精确度和可重复性,则该机器(按照上述扩展定义方法)就具有最快的机器周期。

如何有效评估印刷机的实际吞吐量?

为了有效评估一台印刷机的实际吞吐量,必须考虑以下变量:

周期,及测量电路板上板、定位、送至印刷高度、回到传送高度、下板的过程。但不包括实际的印刷动作。

印刷参数,包括:施加的力量、刮板运动及速度参数等。这些参数受电路板尺寸、元件密度、元件间距以及锡膏构成(由于不同的流变学特性,大型元件一般意味着不同的速度)的影响。

锡膏印刷周期的优化需要使用可以快速印刷的锡膏。电路路尺寸越大,实际印刷动作对周期长短的影响就越重要。如果我们的锡膏每秒只能印刷 2 英寸,用它加工一块 12 英寸电路板的过程要耗时 6 秒种。如果换用一台每秒印刷 8 英寸的锡膏,则印刷时间可以降低为 1.5 秒。

是否使用刮板或封闭印刷头?

封闭印刷头节省了将锡膏涂覆在模板上的时间。即使使用了自动锡膏涂覆系统,机器也要花时间将新的锡膏涂在模板上。当要从一种电路板转换到另一种电路板时,封闭印刷头更显示出独有的优势。因为所有的锡膏都已经装在封闭印刷头中。在清洁模板前,只需从模板上刮去很少量的锡膏。并且由于下一种产品的锡膏已经装在印刷头中了,锡膏的浪费量也很少。

锡膏涂覆:在使用刮板时,如何向模板涂覆锡膏。影响它的因素包括涂覆方法(人工或自动涂覆),以及开孔密度和PCB的尺寸,这些将决定锡膏补充的频率。

操作软件的“易用性”

软件必须易于使用。所有可控功能的操作都必须易于理解。软件界面必须尽可能直观以简化操作。这有助于机器的组装、转换以及正常运转,对系统长期生产的产量有很大影响。

模板清洗频率与方法。

所有的锡膏印刷工艺都需要按某种频度来清洁模板。模板擦拭的频度是多种变量的函数,包括模板设计、印刷电路板的最后表面处理(热风整平 HASL、浸银、浸镍/金、有机可焊性保护层OSP,等)、印刷过程中电路板的支持,等。即使是最优设计的锡膏印刷工艺也必须进行模板清洁,所以我们必须对某台机器如何完成这一功能作出评估。所有的现代锡膏印刷设备均提供模板清洗功能。必须清楚是否需要在执行模板清洁功能时使用真空或溶剂来协助清洗工作。

模板至电路板的慢速脱离距离与速度。所有系统都各不相同,由于密度越来越高,有些 PCB 板需要更慢的分离速度,以改善模板与沉积锡膏的分离。

印后检验

大多数现代锡膏印刷设备都提供二维(2D)印后检验功能,有些还可以为关键设备的锡膏沉积提供三维(3D)印后检验功能。所有的 2D 和 3D 印后检验系统的工作各不相同,所以,要了解可测量的各个变量、方法,以及懂得如何使用结果数据,这对评估附加工作的价值非常重要。

装配与转换方案,包括相关的 MTTA。

当从一种产品变更为另一种产品时,需要进行大量的锡膏印刷设备的转换工作。许多锡膏印刷流程在一天里要进行数次转换。必须清楚你的设备要花多少时间才能从一种产品转换到另一种产品。哪些产品转换变量对机器的优化运行特别重要?

工艺统计控制策略(SPC)

如上所述,吞吐量是在给定时间周期内装配完成的合格电路板数量。工艺质量对实现最高吞吐量至关重要,因此必须尽可能“实时”地了解工艺运行的情况。我们不能在生产运行结束后才通过发现的缺陷进行补救式的优化工作。我们必须提倡一种“前瞻”式的生产,防止形成一种只被用来发现缺陷的“反应”式生产。

问题:可以用小刮铲来将误印的锡膏从板上去掉吗?这会不会将锡膏和小锡珠弄到孔里和小的缝隙里?解答:用小刮铲刮的方法来将锡膏从误印的板上去掉可能造成一些问题。一般可行的办法是将误印的板浸入一种兼容的溶剂中,如加入某种添加剂的水,然后用软毛刷子将小锡珠从板上去除。宁愿反复的浸泡与洗刷,而不要猛烈的干刷或铲刮。在锡膏印刷之后,操作员等待清洗误印的时间越长,越难去掉锡膏。误印的板应该在发现问题之后马上放入浸泡的溶剂中,因为锡膏在干之前容易清除。

避免用布条去抹擦,以防止锡膏和其他污染物涂抹在板的表面上。在浸泡之后,用轻柔的喷雾冲刷经常可以帮助去掉不希望有的锡膏。同时还推荐用热风干燥。如果使用了卧式模板清洗机,要清洗的面应该朝下,以允许锡膏从板上掉落。

照例,注意一些细节可以消除不希望有的情况,如锡膏的误印和从板上清除为固化的锡膏。在所希望的位置沉积适当数量的锡膏是我们的目标。弄脏了的工具、干涸的锡膏、模板与板的不对位,都可能造成在模板底面甚至装配上有不希望有的锡膏。在印刷工艺期间,在印刷周期之间按一定的规律擦拭模板。保证模板坐落在焊盘上,而不是在阻焊层上,以保证一个清洁的锡膏印刷工艺。在线的、实时的锡膏检查和元件贴装之后回流之前的检查,都是对减少在焊接发生之前工艺缺陷有帮助的工艺步骤。

对于密间距(fine-pitch)模板,如果由于薄的模板横截面弯曲造成引脚之间的损伤,它会造成锡膏沉积在引脚之间,产生印刷缺陷和/或短路。低粘性的锡膏也可能造成印刷缺陷。例如,印刷机运行温度高或者刮刀速度高可以减小锡膏在使用中的粘性,由于沉积过多锡膏而造成印刷缺陷和桥接。

总的来讲,对材料缺乏足够的控制、锡膏沉积的方法和设备是在回流焊接工艺中缺陷的主要原因。

什么类型的装配板的分板(depaneling)设备提供最好的结果?

有几种分板系统提供各种将装配板分板的技术。照例,在选择这种设备时应该考虑许多因素。不管有没有定线(routing)、锯割(sawing)或冲切(blanking)用来将单个的板从组合板分开,分板过程中稳定的支撑是最重要的因素。没有支撑,产生的应力可能损伤基板和焊接点。扭曲板、或在分板期间给装配产生应力都可能造成隐藏或明显的缺陷。虽然锯割经常可以提供最小的间隙,但是用工具的剪切或冲切可以提供较清洁的、更加受控的结果。

为了避免元件损伤,许多装配商企图在要求分板的时候将元件焊接点保持在距离板的边缘至少5.08mm。敏感的陶瓷电容或二极管可能要求格外的小心与考虑。

焊膏的回流焊接是用在SMT装配工艺中的主要板级互连方法,这种焊接方法把所需要的焊接特性极好地结合在一起,这些特性包括易于加工、对各种SMT设计有广泛的兼容性,具有高的焊接可靠性以及成本低等;然而,在回流焊接被用作为最重要的SMT元件级和板级互连方法的时候,它也受到要求进一步改进焊接性能的挑战,事实上,回流焊接技术能否经受住这一挑战将决定焊膏能否继续作为首要的SMT焊接材料,尤其是在超细微间距技术不断取得进展的情况之下。下面我们将探讨影响改进回流焊接性能的几个主要问题,为发激发工业界研究出解决这一课题的新方法,我们分别对每个问题简要介绍如下:

双面回流焊接已采用多年,在此,先对第一面进行印刷布线,安装元件和软熔,然后翻过来对电路板的另一面进行加工处理,为了更加节省起见,某些工艺省去了对第一面的软熔,而是同时软熔顶面和底面,典型的例子是电路板底面上仅装有小的元件,如芯片电容器和芯片电阻器,由于印刷电路板(PCB)的设计越来越复杂,装在底面上的元件也越来越大,结果软熔时元件脱落成为一个重要的问题。显然,元件脱落现象是由于软熔时熔化了的焊料对元件的垂直固定力不足,而垂直固定力不足可归因于元件重量增加,元件的可焊性差,焊剂的润湿性或焊料量不足等。其中,第一个因素是最根本的原因。如果在对后面的三个因素加以改进后仍有元件脱落现象存在,就必须使用SMT粘结剂。显然,使用粘结剂将会使软熔时元件自对准的效果变差。

未焊满是在相邻的引线之间形成焊桥。通常,所有能引起焊膏坍落的因素都会导致未焊满,这些因素包括:1,升温速度太快;2,焊膏的触变性能太差或是焊膏的粘度在剪切后恢复太慢;3,金属负荷或固体含量太低;4,粉料粒度分布太广;5;焊剂表面张力太小。但是,坍落并非必然引起未焊满,在软熔时,熔化了的未焊满焊料在表面张力的推动下有断开的可能,焊料流失现象将使未焊满问题变得更加严重。在此情况下,由于焊料流失而聚集在某一区域的过量的焊料将会使熔融焊料变得过多而不易断开。

除了引起焊膏坍落的因素而外,下面的因素也引起未满焊的常见原因:1,相对于焊点之间的空间而言,焊膏熔敷太多;2,加热温度过高;3,焊膏受热速度比电路板更快;4,焊剂润湿速度太快;5,焊剂蒸气压太低;6;焊剂的溶剂成分太高;7,焊剂树脂软化点太低。

焊料膜的断续润湿是指有水出现在光滑的表面上(1.4.5.),这是由于焊料能粘附在大多数的固体金属表面上,并且在熔化了的焊料覆盖层下隐藏着某些未被润湿的点,因此,在最初用熔化的焊料来覆盖表面时,会有断续润湿现象出现。亚稳态的熔融焊料覆盖层在最小表面能驱动力的作用下会发生收缩,不一会儿之后就聚集成分离的小球和脊状秃起物。断续润湿也能由部件与熔化的焊料相接触时放出的气体而引起。由于有机物的热分解或无机物的水合作用而释放的水分都会产生气体。水蒸气是这些有关气体的最常见的成份,在焊接温度下,水蒸气具极强的氧化作用,能够氧化熔融焊料膜的表面或某些表面下的界面(典型的例子是在熔融焊料交界上的金属氧化物表面)。常见的情况是较高的焊接温度和较长的停留时间会导致更为严重的断续润湿现象,尤其是在基体金属之中,反应速度的增加会导致更加猛烈的气体释放。与此同时,较长的停留时间也会延长气体释放的时间。以上两方面都会增加释放出的气体量,消除断续润湿现象的方法是:1,降低焊接温度;2,缩短软熔的停留时间;3,采用流动的惰性气氛;4,降低污染程度。

对不用清理的软熔工艺而言,为了获得装饰上或功能上的效果,常常要求低残留物,对功能要求方面的例子包括“通过在电路中测试的焊剂残留物来探查测试堆焊层以及在插入接头与堆焊层之间或在插入接头与软熔焊接点附近的通孔之间实行电接触”,较多的焊剂残渣常会导致在要实行电接触的金属表层上有过多的残留物覆盖,这会妨碍电连接的建立,在电路密度日益增加的情况下,这个问题越发受到人们的关注。

显然,不用清理的低残留物焊膏是满足这个要求的一个理想的解决办法。然而,与此相关的软熔必要条件却使这个问题变得更加复杂化了。为了预测在不同级别的惰性软熔气氛中低残留物焊膏的焊接性能,提出一个半经验的模型,这个模型预示,随着氧含量的降低,焊接性能会迅速地改进,然后逐渐趋于平稳,实验结果表明,随着氧浓度的降低,焊接强度和焊膏的润湿能力会有所增加,此外,焊接强度也随焊剂中固体含量的增加而增加。实验数据所提出的模型是可比较的,并强有力地证明了模型是有效的,能够用以预测焊膏与材料的焊接性能,因此,可以断言,为了在焊接工艺中成功地采用不用清理的低残留物焊料,应当使用惰性的软熔气氛。

间隙是指在元件引线与电路板焊点之间没有形成焊接点。一般来说,这可归因于以下四方面的原因:1,焊料熔敷不足;2,引线共面性差;3,润湿不够;4,焊料损耗枣这是由预镀锡的印刷电路板上焊膏坍落,引线的芯吸作用(2.3.4)或焊点附近的通孔引起的,引线共面性问题是新的重量较轻的12密耳(μm)间距的四芯线扁平集成电路(QFP枣Quad flat packs)的一个特别令人关注的问题,为了解决这个问题,提出了在装配之前用焊料来预涂覆焊点的方法(9),此法是扩大局部焊点的尺寸并沿着鼓起的焊料预覆盖区形成一个可控制的局部焊接区,并由此来抵偿引线共面性的变化和防止间隙,引线的芯吸作用可以通过减慢加热速度以及让底面比顶面受热更多来加以解决,此外,使用润湿速度较慢的焊剂,较高的活化温度或能延缓熔化的焊膏(如混有锡粉和铅粉的焊膏)也能最大限度地减少芯吸作用.在用锡铅覆盖层光整电路板之前,用焊料掩膜来覆盖连接路径也能防止由附近的通孔引起的芯吸作

BGA成球常遇到诸如未焊满,焊球不对准,焊球漏失以及焊料量不足等缺陷,这通常是由于软熔时对球体的固定力不足或自定心力不足而引起。固定力不足可能是由低粘稠,高阻挡厚度或高放气速度造成的;而自定力不足一般由焊剂活性较弱或焊料量过低而引起。

BGA成球作用可通过单独使用焊膏或者将焊料球与焊膏以及焊料球与焊剂一起使用来实现; 正确的可行方法是将整体预成形与焊剂或焊膏一起使用。最通用的方法看来是将焊料球与焊膏一起使用,利用锡62或锡63球焊的成球工艺产生了极好的效果。在使用焊剂来进行锡62或锡63球焊的情况下,缺陷率随着焊剂粘度,溶剂的挥发性和间距尺寸的下降而增加,同时也随着焊剂的熔敷厚度,焊剂的活性以及焊点直径的增加而增加,在用焊膏来进行高温熔化的球焊系统中,没有观察到有焊球漏失现象出现,并且其对准精确度随焊膏熔敷厚度与溶剂挥发性,焊剂的活性,焊点的尺寸与可焊性以及金属负载的增加而增加,在使用锡63焊膏时,焊膏的粘度,间距与软熔截面对高熔化温度下的成球率几乎没有影响。在要求采用常规的印刷枣释放工艺的情况下,易于释放的焊膏对焊膏的单独成球是至关重要的。整体预成形的成球工艺也是很的发展的前途的。减少焊料链接的厚度与宽度对提高成球的成功率也是相当重要的。

形成孔隙通常是一个与焊接接头的相关的问题。尤其是应用SMT技术来软熔焊膏的时候,在采用无引线陶瓷芯片的情况下,绝大部分的大孔隙(>0.0005英寸/0.01毫米)是处于LCCC焊点和印刷电路板焊点之间,与此同时,在LCCC城堡状物附近的角焊缝中,仅有很少量的小孔隙,孔隙的存在会影响焊接接头的机械性能,并会损害接头的强度,延展性和疲劳寿命,这是因为孔隙的生长会聚结成可延伸的裂纹并导致疲劳,孔隙也会使焊料的应力和 协变增加,这也是引起损坏的原因。此外,焊料在凝固时会发生收缩,焊接电镀通孔时的分层排气以及夹带焊剂等也是造成孔隙的原因。

在焊接过程中,形成孔隙的械制是比较复杂的,一般而言,孔隙是由软熔时夹层状结构中的焊料中夹带的焊剂排气而造成的(2,13)孔隙的形成主要由金属化区的可焊性决定,并随着焊剂活性的降低,粉末的金属负荷的增加以及引线接头下的覆盖区的增加而变化,减少焊料颗粒的尺寸仅能销许增加孔隙。此外,孔隙的形成也与焊料粉的聚结和消除固定金属氧化物之间的时间分配有关。焊膏聚结越早,形成的孔隙也越多。通常,大孔隙的比例随总孔隙量的增加而增加.与总孔隙量的分析结果所示的情况相比,那些有启发性的引起孔隙形成因素将对焊接接头的可靠性产生更大的影响,控制孔隙形成的方法包括:1,改进元件/衫底的可焊性;2,采用具有较高助焊活性的焊剂;3,减少焊料粉状氧化物;4,采用惰性加热气氛.5,减缓软熔前的预热过程.与上述情况相比,在BGA装配中孔隙的形成遵照一个略有不同的模式(14).一般说来.在采用锡63焊料块的BGA装配中孔隙主要是在板级装配阶段生成的.在预镀锡的印刷电路板上,BGA接头的孔隙量随溶剂的挥发性,金属成分和软熔温度的升高而增加,同时也随粉粒尺寸的减少而增加;这可由决定焊剂排出速度的粘度来加以解释.按照这个模型,在软熔温度下有较高粘度的助焊剂介质会妨碍焊剂从熔融焊料中排出,因此,增加夹带焊剂的数量会增大放气的可能性,从而导致在BGA装配中有较大的孔隙度.在不考虑固定的金属化区的可焊性的情况下,焊剂的活性和软熔气氛对孔隙生成的影响似乎可以忽略不计.大孔隙的比例会随总孔隙量的增加而增加,这就表明,与总孔隙量分析结果所示的情况相比,在BGA中引起孔隙生成的因素对焊接接头的可靠性有更大的影响,这一点与在SMT工艺中空隙生城的情况相似。

当锡膏至于一个加热的环境中,锡膏回流分为五个阶段 首先,用于达到所需粘度和丝印性能的溶剂开始蒸发,温度上升必需慢(大约每秒3°C),以限制沸腾和飞溅,防止形成小锡珠,还有,一些元件对内部应力比较敏感,如果元件外部温度上升太快,会造成断裂。

助焊剂活跃,化学清洗行动开始,水溶性助焊剂和免洗型助焊剂都会发生同样的清洗行动,只不过温度稍微不同。将金属氧化物和某些污染从即将结合的金属和焊锡颗粒上清除。好的冶金学上的锡焊点要求“清洁”的表面。

当温度继续上升,焊锡颗粒首先单独熔化,并开始液化和表面吸锡的“灯草”过程。这样在所有可能的表面上覆盖,并开始形成锡焊点。

这个阶段最为重要,当单个的焊锡颗粒全部熔化后,结合一起形成液态锡,这时表面张力作用开始形成焊脚表面,如果元件引脚与PCB焊盘的间隙超过4mil,则极可能由于表面张力使引脚和焊盘分开,即造成锡点开路。

冷却阶段,如果冷却快,锡点强度会稍微大一点,但不可以太快而引起元件内部的温度应力。

回流焊接要求总结:

重要的是有充分的缓慢加热来安全地蒸发溶剂,防止锡珠形成和限制由于温度膨胀引起的元件内部应力,造成断裂痕可靠性问题。

其次,助焊剂活跃阶段必须有适当的时间和温度,允许清洁阶段在焊锡颗粒刚刚开始熔化时完成。

时间温度曲线中焊锡熔化的阶段是最重要的,必须充分地让焊锡颗粒完全熔化,液化形成冶金焊接,剩余溶剂和助焊剂残余的蒸发,形成焊脚表面。此阶段如果太热或太长,可能对元件和PCB造成伤害。

锡膏回流温度曲线的设定,最好是根据锡膏供应商提供的数据进行,同时把握元件内部温度应力变化原则,即加热温升速度小于每秒3°C,和冷却温降速度小于5° C。

PCB装配如果尺寸和重量很相似的话,可用同一个温度曲线。

重要的是要经常甚至每天检测温度曲线是否正确。

焊膏的回流焊接是SMT装配工艺中的主要的板极互连方法,影响回流焊接的主要问题包括:底面元件的固定、未焊满、断续润湿、低残留物、间隙、焊料成球、焊料结珠、焊接角焊缝抬起、TombstoningBGA成球不良、形成孔隙等,问题还不仅限于此,在本文中未提及的问题还有浸析作用,金属间化物,不润湿,歪扭,无铅焊接等.只有解决了这些问题,回流焊接作为一个重要的SMT装配方法,才能在超细微间距的时代继续成功地保留下去。

1)手工搅拌:将锡膏从冰箱中取出,待回复室温后再打开盖(在25℃下,约需等三至四个小时),以搅拌刀将锡膏完全搅拌。如果封盖破裂,锡膏会因吸收湿气变成锡块。

2)用自动搅拌机:如果锡膏从冰箱中取出后,只有短暂的回温,便需要利用自动搅拌机。使用自动搅拌,并不会影响锡膏的特性。经过一段搅拌的时间后,锡膏会渐渐回温。如果搅拌时间过长,可能会导致锡膏比操作室温还高,造成锡膏整块倾倒在板材上,而在印刷时产生流动(bleeding),因此千万要小心。由于不同的机器,室温及其它条件的变化,会造成需要不同的搅拌时间,因此在进行之前,请准备足够的测试。

刮刀 金属制品或氨基钾酸脂制品(硬度80-90度)

刮刀角度 50-70度

刮刀速度 20-80/s

印刷压力 10-200 KPa

在施印锡膏后六小时内,完成零件安装工作,如果搁置太久,将导致锡膏硬化,使得零件插置失误。

1) 个人之生理反应、变化不同。为求慎重,在操作时,应尽量避免吸入溶剂在操作时释放的烟气,同时避免皮肤及粘膜组织接触太长时间。

2)锡膏中含有机溶剂。

3)如果锡膏沾上皮肤,用酒精擦拭干净后,以清水彻底冲洗。


相关文章推荐:
SMT | SMT | PCB | 电阻 | 电容 | IC | 表面贴装技术 | SMT | 电路板 | SMT | 助焊剂 | 活化剂 | 表面张力 | 触变剂 | 焊锡 | 树脂 | 溶剂 | 焊料 | 锡粉 | 锡膏印刷 | 回流焊 | 焊锡 | 焊料 | 焊锡丝 | 松香 | 焊料 | 硅片 | 焊料 | 电路板 | 无铅锡膏 | 固化 | 共晶 | 热电偶 | 电偶 | 回流焊 | 测温仪 | 胶带 | 粘合剂 | 引脚 | 回流 | 助焊剂 | 传输带 | 电偶 | 测温仪 | 电路板 | SMT | 印刷设备 | 印刷机 | 电路板 | 印刷机 | 电路板 | OSP | SPC | 焊盘 | 回流焊 | 二极管 |
相关词汇词典