焊膏与焊膏印刷技术

会直接危害人体，它与人体蛋白质强烈结合而抑制人体正常的生理功
能，造成神经系统和代谢紊乱，使神经系统和生理反应迟钝，减少血
色素而造成贫血及高血压。此外电子元器件废弃物中含Pb 的钎料会
被氧化成氧化铅，氧化铅和盐酸及酸雨中的酸反应形成铅的化合物，
污染环境，最终危害人类的健康。
•
目前，欧盟已通过立法明确在2008 年停止使用含铅钎料，全世
界电子工业中禁止使用含铅钎料已是大势所趋。《报废电子电气设备
指令》(WEEE)和《关于在电子电气设备中禁止使用某些有害物质指
令》（RoHS）已经正式实施。
• 二．无铅焊料的定义
• 无铅焊料的标准，目前世界上尚无统一的标准。欧盟 EUELVD 协会 的标准是： Pb 质量含量 < 0 . 1 % ；美国 JEDEC 协会的标准是： Pb 质量含量＜ 0 . 2 % ；国际标准组织(ISO)提案，电子装联用焊料 合金中铅质量含量应低于0.1%。
• (3)．焊粉的粒度 • SMT焊膏常用的焊粉为光滑球形。过粗的粉末会导致焊膏粘结性能变
差，随着细间距QFP焊接的需要，将越来越多地使用20μm以下的合 金粉末。 • 焊粉颗粒的粗细程度一般用粒度来描述，粒度的单位是目。原指筛网 在每1英寸长度上有多少个筛孔（目数），目数越多，筛孔就越小， 能通过的颗粒就越细小。 • (4)．焊料粉末中杂质及其影响
• 四．无铅焊料的发展状况
•
通过长时间的研究, 锡被认定为是最好的基础金属, 因为锡的货源
储备充足, 无毒害, 检修容易, 有良好的物理特性, 熔点是232℃, 与其
他金属进行合金化后熔点不会很高。所以目前广泛采用的替代Sn/Pb
焊料的元毒合金，是Sn为主，添加Ag、Zn、Cu、Sb、Bi、In等金属
• 无论是 0 . 1 ％还是 0 . 2 ％均是很低的数值。所以目前国际公认的无 铅焊料的定义为：以Sn为基体，添加了其它金属元素，而Pb的含量 在0.1～0.2wt%（wt%重量百分比）以下的主要用于电子组装的软钎 料合金。
• 三．无铅焊料应具备的条件
无铅焊料也应该具备与Sn-Pb合金大体相同的特征，具体目标如 下： • 1) 替代合金应是无毒性的。 • (2) 熔点应同锡铅体系焊料的熔点(183℃) 接近, 要能在现有的加工设 备上和现有的工艺条件下操作。 • (3) 供应材料必须在世界范围内容易得到, 数量上满足全球的需求。某 些金属如铟和铋数量比较稀少, 只够用作无铅焊锡合金的添加成分。 • (4) 替代合金还应该是可循环再生的。 • (5) 机械强度和耐热疲劳性要与锡铅合金大体相同。 • (6) 焊料的保存稳定性要好。 • (7) 替代合金必须能够具有电子工业使用的所有形式, 包括返工与修理 用的锡线、锡膏用的粉末、波峰焊用的锡条、以及预成型。不是所有 建议的合金都可制成所有的形式, 例如铋含量高将使合金太脆而不能 拉成锡线。 • (8) 合金相图应具有较窄的固液两相区。能确保有良好的润湿性和安 装后的机械可靠性。 • (9) 焊接后对各种焊接点检修容易。(10) 导电性好, 导热性好。
• 一．焊膏的特性与要求 • ( l ）粘度 • ( 2 ）坍塌性 • ( 3 ）工作寿命 • 二．焊膏的组成 • 焊膏是将焊料粉末与具有助焊功能的糊状焊剂混合而成的，通常合金
焊料粉末比例占总的重量的85%～90％左右，占体积的50%左右。其
余是化学成分。
• 1．焊粉
• (1)．焊粉的制造 • 焊粉，即焊料粉末，是由焊料合金熔化后，采用高压惰性气体喷雾或
• 一．电子产品焊接对焊料的要求
电子产品的焊接中，通常要求焊料合金必须满足下列要求： • (1)焊接温度要求在相对较低的温度下进行，以保证元件不受热冲击而损坏。 • (2)熔融焊料必须在被焊金属表面有良好的流动性，有利于焊料均匀分布，并
为润湿奠定基础。 • (3)凝固时间要短，有利于焊点成型，便于操作。 • (4)焊接后，焊点外观要好，便于检查。 • (5)导电性好，并有足够的机械强度。 • (6)抗蚀性好，电子产品应能在一定的高温或低温、盐雾等恶劣环境下进行工
• 1 ．模板良好漏印性的必要条件
• 宽厚比＝窗口的宽度／模板的厚度＝ W / H , W 是窗口的宽度， H 是模板的厚度。宽厚比参数主要适合验证细长 形窗口模板的漏印性。
• 面积比＝窗口的面积／窗口孔壁的面积＝ ( L × W)／ 2×( L ＋W) ×H , L 是窗口的长度。面积比参数主要适合验证方形／圆形窗口模板的漏 印性。
• 2．糊状焊剂
• 糊状焊剂在焊膏中的比重一般为10％～15％，体积百分比为50～60 ％。作为焊粉载体，它起到结合剂、助熔剂、流变控制剂和悬浮剂等 作用。它由树脂、活化剂（表面活性剂、催化剂）、触变剂、溶剂和 添加剂等组成。
• 优良的焊剂应具备①高的沸点，以防止焊膏在再流过程中出现喷射； ②高的粘稠性，以防止焊膏在存放过程中出现沉降；③低卤素含量， 以防止再流焊后腐蚀元器件；④低的吸潮性，以防止焊膏在使用过程 中吸收空气中的水蒸汽而引起粉末氧化。
在印刷锡铅焊膏时，当宽厚比≥ 1 . 6 ，面积比≥0. 66 时，模板具 有良好的漏印性：而在印刷无铅焊膏当宽厚比 ≥1 . 7 ，面积比≥0 . 7 时，模板才有良好的漏印性
• 2． 模板窗口的形状与尺寸
为了得到高质量的焊接效果，近几年来人们对模板窗口形状与尺 寸做了大量研究，将形状为长方形的窗口改为圆形或尖角形，其目的 是防止印刷后或贴片后因贴片压力过大使锡膏铺展到焊盘外边，导致 再流焊后焊盘外边的锡膏形成小锡球并影响到焊接质量。
铅合金,欧洲采用Sn3.8wt%Ag0.7wt%Cu无铅合金，日本采用Sn3.0wt
％Ag0.5wt%Cu无铅合金。
第三节 焊膏
• 焊膏是由合金焊粉、焊剂载体等组成的膏状稳定混合物。在表面安装 技术中起到粘固元件，促进焊料润湿，清除氧化物、硫化物、微量杂 质和吸附层，保护表面防止再次氧化，形成牢固的冶金结合等作用。
• ③锡银系(Sn-Ag)
• ④锡锑系(Sn- Sb)
• ⑤锡铋系(Sn – Bi)
• ⑥锡银铜系(Sn-Ag-Cu) 简称SAC
• 五．目前应用最多的无铅焊料合金
•
目前应用最多的用于再流焊的无铅焊料是三元共晶或近共晶形式
的 Sn-Ag-Cu 焊料。Sn (3 ～ 4) wt％Ag(0.5～0.7) wt%Cu（wt%重量
态与液态的交汇点，即图中的T点，这一点称为共晶点，该点的温度
称之为共晶温度，为183℃，是不同Sn/Pb配比焊料熔点中温度最低
的。对应的合金成分为Sn-62.7％、Pb-37.3％（实际生产中的配比是
63：37)的铅锡合金称为共晶焊锡，是铅锡焊料中性能最好的一种。
• 四．锡铅合金产品
• 对于铅－锡合金除了按其百分比构成不同而派生出很多种合金外。成 份为Sn63Pb37的焊料，从形状和用途上又分为：锡膏、锡条、锡丝、 锡箔。
• 性能的物质，常用的有调节剂、消光剂、缓蚀剂、光亮剂、阻燃剂等。 • 焊剂的含量对焊膏的塌落度、粘度、粘结性能有显著影响；另外还能
影响到焊接后焊料的堆积厚度
• 三．焊膏的分类及标识
• 目前，焊膏的品种繁多，尚缺乏统一的分类标准，现仅进行技术性的 分类。一般根据合金熔点、焊剂的活性程度及粘度进行分类。
焊膏的检验包括三部分：焊膏的使用性能、焊料粉末及焊剂.
• 1．焊膏的外观 • 2．粘度的测量 • 3 ．触变系数的计算 • 4．焊膏的印刷性能 • 5. 焊膏的粘结力 • 6．焊球试验 • 7 ．焊膏扩展率试验（润湿性试验） • 8 ．焊粉在焊膏中所占百分率（质量） • 9．焊剂酸值、卤化物、水溶物电导率、铜镜腐蚀性、绝缘电阻测定
• 2．铅的特性
•
铅也是质地柔软并呈灰色的金属，熔点327.4℃，密度为
11.34g/cm3。铅的导电、导热性能差，铅与锡有良好的互溶性，塑性
优异、铸造性好，并具有润滑性。纯铅耐腐蚀性极强，化学性能稳定，
但有机酸和强酸对它有强腐蚀作用；铅对人体有害，以离子铅的形式
进入人体，其毒性很大，尤其对婴幼儿。
离心喷雾法、超声法等方法雾化制成，然后过筛就可以得到不同粒度 的焊粉。 • 焊粉末的粒度、形态等对锡膏的质量有举足轻重的影响，它又取决于 雾化工艺及设备的质量。
(a)
(b)
雾化法的制造原理
• (2). 焊粉形状及其对焊膏性能的影响 • 下图是放大后的焊粉表面形貌，其中黑色的为富锡相，其亮区为富铅
相。焊粉形状可分为有规和无规两种，其形态对焊膏使用性能有一定 影响。
• 3．锡铅合金的特性 • 4．铅在焊料中的作用 • 5．液态锡铅焊料的易氧化性 • 6．锡铅焊料中的杂质
• 三．锡铅合金相图与焊料特性
• 1．铅锡合金状态图
铅锡合金状态图表Βιβλιοθήκη Baidu了不同比例的铅、锡的合金状态随温度变化 的曲线。
• 2. 共晶焊料
•
当Sn/Pb合金以 63 / 37 比例互熔时，升温至 183 ℃ ，将出现固
第四节 模板
• 模板（ stencil )，又称为网板、钢网，它是焊膏印刷的关键工具之 • 一,用来定量分配焊膏。
• 一．模板概述 • （1）模板的结构
图4-9 中所见的模板，其外框是铸铝框架（或铝方管焊接而成）， 中心是金属模板，框架与模板之间依靠张紧的丝网相连接，呈“钢一 柔一钢”的结构。这种结构确保金属模板既平整又有弹性，使用时能 紧贴 PCB表面。
元素，组成三元合金和多元合金。
•
经过大量的比较后筛选出几种好的锡合金, 它们为铜(Cu)、银(A
g)、铟( In)、锌(Zn)、铋(Bi)、锑(Sb)。选择这些金属材料可在和锡组
成合金时降低焊料的熔点, 使其得到理想的物理特性
•
• ①锡锌系(Sn-Zn)
• ②锡铜系(Sn99. 3- Cu0. 7)
百分比）是可接受的范围，其熔点为 217 ℃ 左右。
•
Sn-Ag-Cu合金，相当于在Sn-Ag合金里添加Cu，能够在维持Sn-
Ag合金良好性能的同时稍微降低熔点。因此 Sn - Ag- Cu 合金已成为
国际上应用最多的无铅合金。
•
关于Sn - Ag- Cu 系焊料的最佳成分，日、美、欧之间存在一些
微小的差别。美国采用Sn3.9wt%Ag0.6wt%Cu（wt%重量百分比）无
第四章 焊膏与焊膏印刷技术
第四章 焊膏与焊膏印刷技术
第一节 锡铅焊料合金
焊料是易熔金属，它在母材表面能形成合金，并与母材连为一体，不 仅实现机械连，同时也用于电气连接。焊接学中，习惯上将焊接温度低于 450 ℃ 的焊接称为软钎焊，用的焊料又称为软焊料。电子线路的焊接温度 通常在 180 ℃～300 ℃ 之间，所用焊料的要成分是锡和铅，故又称为锡铅 焊料。
第二节 无铅焊料合金
• 一. 废弃电子产品的危害性及铅的毒害性
•
Sn-Pb 合金（特别是Sn-37Pb），因其成本低廉，良好的导电性
和优良的力学和钎焊性能，一直以来广泛的用于电子整机装联、微电
子元器件的封装和印刷电路板级组装。但是，Pb 及含Pb 物是危害人
类健康和污染环境的有毒有害物质。Sn-Pb 钎料在生产及使用过程中
• 1.按焊料合金熔化温度分类 • 2．按焊剂活性分类
可分为：活性（RA)，中等活性（RMA），无活性（R)，水洗， 免清洗几大类，以适应不同场合的焊接需要。 • 3．按焊膏粘度分类
• 四．几种常见的焊膏
• 1．松香型焊膏 • 2. 水溶性焊膏 • 3.免清洗低残留物焊膏 • 4.无铅焊膏
• 五．焊膏的评价方法
• (2)．模板的管理
• 2. 模板的制造
• ( l ）化学腐蚀法 • ( 2 ）激光切割法 • ( 3 ）电铸法
• 三种模板制造方法的比较
• 三. 模板的设计工艺
模板基材厚度及窗口尺寸大小直接关系到焊膏印刷量，从而影响 到焊接质量。模板基材厚和窗口尺寸过大会造成焊膏施放量过多，易 造成“桥接’’ ; 窗口尺寸过小，会造成焊膏施放量过少，会产生 “虚焊’’。因此 SMT 生产中应重视模板的设计。
作，特别是军事、航天、通信以及大型计算机等。为此焊料必须有很好的抗 蚀性。 • (7)焊料原料的来源应该广泛，即组成焊料的金属矿产应丰富，价格应低廉， 才能保证稳定供货。
• 二．锡铅合金焊料
• 1．锡的特性
•
锡是延展性很好的银白色金属，质地软，熔点是 231.9 ℃ ，密度
为 7.28g/cm3 耐，常温下易氧化，性能稳定。