表面组装工艺材料介绍―焊膏
第五章 表面组装工艺材料介绍――焊膏
焊膏是由合金粉末和糊状助焊剂载体均匀混合成的膏状焊料，是表面组装再流焊工艺必需的材料。
5.1焊膏的分类、组成
一．焊膏的分类
1．按合金粉末的成分可分为：高温、低温，有铅阳无铅。
2．按合金粉末的颗粒度叮分为：一般间距用和窄间距用。
3．按焊剂的成分可分为：免清洗、可以不清洗、容剂清洗和水清洗。
4．按松香活性分为：R(非活性)、RMA(中等活性)、RA(全活性)。
5．按粘度可分为：印刷用和滴涂用。
二．焊膏的组成
1.合金粉末
台金粉末是膏的主要成分，合金粉末的组分、颗粒形状和尺寸是决定膏特性以及焊点量的关键固素。
目前最常用焊膏的金属组分为Sn63Pb37和Sn62Pb36Ag2。
合金焊料粉的成份和配比是决定焊膏的容点的主要因素；合金焊料粉的形状、颗粒度直接影响焊膏的刷性和黏度：合金焊料粉的表面氧化程度对焊膏的可焊性能影响很大，合金粉未表面氧化物含量应小寸：0.5％，最好控制住80ppm以下；合金焊料粉中的微粉是产生焊料球的因素之一，微粉含址应控制在10％以下。
2、焊剂
焊剂是净化金属表面、提高润湿性、防止焊料氧化和保证焊膏质量以及优良工艺的关键材料。
表5-1 常用焊膏的金属组分、熔化温度与用途
3.合金焊料粉与焊剂含量的配比
合金焊粉与焊剂含量的配比是决定焊膏黏度的主要因素之—。合金焊料粉的含量高，黏度就大：焊剂百分含量高，黏度就小。一般合金焊粉重量百分含量在75-90.5％。免清洗焊膏以及模板印刷用焊膏的合金含量高—些，在90％左右。
三．对焊膏的技术要求
1．焊膏的合金组分尽量达到共晶或近共晶，要求焊点强度较高，并且与PCB镀层、元器件端头或引脚可焊性要好。
2．在储存期内，焊膏的性能应保持不变。
3．焊膏中的金属粉末与焊剂不分层。
4．室温下连续印刷时，要求焊膏不易于燥，印刷性(滚动性)好。
5．焊膏粘度要满足工艺要求，既要保证印刷时具有优良的脱模性，又要保证良好的触变性(保形性)，印刷后焊膏不塌落。
6．合金粉末颗粒度要满足工艺要求，合金粉末中的微粉少，焊接时起球少。
7.再流焊时润湿性好，焊料飞溅少，形成最少量的焊料球。
5．2焊膏的选择依据及管理使用
一．焊膏的选择依据
1．根据产品本身价值和用途，高可靠性的产品需要高质量的焊膏。
2．根据产品的组装工艺、印制板和元器件选择焊膏的合金组分。
(1)常用的焊膏合金组份：Sn63Pb37 和Sn62Pb36Ag2。
(2)钯金或钯银厚膜端头和引脚可焊性较差的元器件应选样含银焊膏。
(3)水金板不要选择含银的焊膏。
3．根据产品(印制板)对清洁度的要求以及焊后不同的清洗工艺来选择焊膏。
(1)采用免清洗工艺时，要选用不含卤素和强腐蚀性化合物的免清洗焊膏。
(2)采用溶剂清洗工艺时，要选用溶剂清洗型焊膏。
(3)采用水清洗工艺时，要选用水溶性焊膏。
(4)BGA、CSP 一般都需要选用高质量的免清洗型含银的焊膏。
4．根据PCB和元器件存放时间和表面氧化程度来选择焊膏的活性。
(1) 一般采KJRMA级。
(2)高可靠性产品、航天和军工产品可选择R级。
(3)PCB、元器件存放时间长，表面严重氧化，应采用RA级，焊后清洗。
5．根据PCB的组装密度(有无窄间距)来选择合金粉末颗粒度，常用焊膏的合金粉未颗粒尺寸分为四种粒度等级，窄间距时—般选择20—45pm。
6．根据施加焊膏的工艺以及组装密度选择焊膏的粘度，高密度印刷要求高粘度，滴涂要求低粘度。
二．焊膏的管理和使用
1．必须储存在5一10℃的条件下。
2．要求使用前一天从冰箱取出焊膏(至少提前2 小时)，待焊膏到室温后才能打开容器盖，防止水汽凝结。（采用焊膏搅拌机时，15分钟即可回到室温）。
3．使用前用不锈钢搅拌棒将焊膏搅拌均匀。
4．添加完焊膏后，应盖好容器盖。
5．免清洗焊膏不得回收使用，如果印刷间隔超过 l小时，须将焊膏从模板上拭去，同时将焊膏存放到当天使用的容器中。。
6．印刷后尽量在4小时内完成再流焊。
7．免清洗焊膏修板后不能用酒精擦洗。
8．需要清洗的产品，再流焊后应在当大完成清洗。
9．印刷焊膏和贴片胶时，要求拿PCB的边缘或带指套，以防污染PCB。
5．3焊膏的发展动态
目前普通焊膏还在继续沿用。随着环保要求提出，免清洗焊膏的应用越来越普及。对清洁度要求高必须清洗的产品，—般应采用溶剂清洗型或水清洗型焊膏，必须与清洗工艺相匹配。另外，为了防止铅对环境和人体的危害，无铅焊料也迅速地被提到议事日程上，日本已研制出无铅焊料并应用到实际生产中，美国和欧洲也在加紧研究和应用。
5．4无铅焊料简介
一．无铅焊料的发展动态
铅及其化合物会给人类生活环境和安合带来较大危害；电子工业中在大量使用sn/Pb合金焊料是造成污染的产要来源之一。日本首先研制出无铅焊料并应用到实际生产中，并提出2003年禁止使用。美国和欧洲提出2006年禁止使用。另外，特别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。无铅焊料已进入实用性阶段。我国目前还没有具体政策，目前普通焊膏还继续沿用，但发展是非常快的，加入WTO会加速跟上世界步伐。我们应该做好准备，例如收集资料、理论学习等。
二．对无铅焊料的要求
1．熔点低，合金共晶温度近似于Sn63／Pb37的共晶温度183℃，大致在180℃-220℃之间。
2．无毒或毒性很低，所选材料现在和将来都不会污染环境。
3．热传导率和导电率要与Sn63／Pb37的共晶焊料相当，具有良好的润湿性。
4．机械性能良好，焊点要行足够的机械强度和抗热老化性能。
5．要与现有的焊接设备和工艺兼容，可在不更换设备不改变现行工艺的条件下进行焊接。
6．焊接后对各焊点检修容易。
7．成本要低，所选刚的材料能保证充分供应。
三．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Ag、Zn、Cu、Sb、bi、In等金属性能，提高可焊性。
目前常和的无铅焊料主要是以Sn-Ag、Sn-Zn、Sb、Bj为基体，添加适量的其它金属元素组成三元合金和多元合金。
1．Sn-Ag系焊料
Sn-Ag系焊料具有优良的机械性能、拉仲强度、蠕变特性及耐热老化比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系焊料的主要缺点是熔点偏高，比
Sn-Pb共晶焊料高30-40℃，润湿性差，成本高。
2．Sn-Zn系焊料
sn-zn系焊料机械性能好，拉伸强度比sp－pb共晶焊料好，可拉制成丝材使用；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。
3.Sn-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组成的合金焊料；优点是降低了熔点，使其与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，不能加工成线材使用。
四.目前应用最广泛的无铅焊料
SN3.2Ag-0.5Cu是目前应用最多的无铅焊料。其熔点为217-218℃。
五、无铅焊接给带来问题
1. 元器件
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用无铅镀层。
2. PCB
要求PCB基材耐更高温度，焊后不变形，焊盘表面镀层无铅化，与组装焊接用的无铅焊料兼容，要低成本。
3. 助焊剂
要开发新型的润湿性更好的助焊剂，要与预热温度和焊接温度相匹配，而且要满足环保要求。
4. 焊接设备
要适应较高的焊接温度要求，再流焊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）采用新的抑制焊料氧化技术和采用惰性气体N2保护焊接技术。
5. 工艺
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。
6. 废料回收
无铅焊料中回收BI、CU、Ag也是一个新课题。
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