SMT与可制造性设计

SMT与可制造性设计（四、五）

发表于：2009-11-26 09:19:01 点击: 2

第四章：表面组装工艺材料

表面组装工艺材料主要有焊料、粘结剂、阻焊剂、助焊剂、清洗剂等。料主要是指钎焊材料，包括焊膏、膏状焊条、焊丝、焊片、焊球。

阻焊剂：主要用于水溶性助焊剂波峰焊时涂覆金手指、后附元器件的通孔焊盘等处，以防不需要沾锡处沾锡或后附元器件的通孔被焊锡堵塞。

助焊剂：用于波峰焊和手工焊时，在低温阶段起辅助热传导去氧化作用，在高温阶段起降低表面张力、防止再氧化的作用。

清洗剂：用于清洗焊接过程中产生的残留物及生产工艺过程中带进的灰尘、油脂等污物。本章主要介绍电子焊接材料、锡铅焊接合金、无铅焊接材料、助焊剂、焊膏、焊锡丝、粘结剂（贴片胶）和清洗剂。

4.1 电子焊接材料

简称焊料，是指钎焊材料。

电子产品焊接对焊料的要求如下：

（1）要求相对低的焊接温度，以不损坏元器件和印刷板；

（2）熔融焊料在被焊金属表面有良好的流动性和润湿性；

（3）合金的冶金性能良好，与铜、银—钯、金、42号合金、镍等常用的PCB焊盘、元件

引脚材料能够形成优良的焊点；

（4）凝固时间要短，以利于焊点成行，便于操作；

（5）焊接过程中生成的残渣少；

（6）焊料的加工性好，容易加工成焊球、焊片、焊条、焊丝等形式；

（7）焊接后焊点的导电性好，并具有足够好的机械强度和抗蠕变性，以保证电气与机械连接的长期可靠性；

（8）抗蚀性好；

（9）焊料原料来源广泛，价格低廉，以保证供货稳定；

电子焊接的方法很多，有波峰焊、再流焊、手工焊、激光焊、热压焊等。根据不同的焊接设备、焊接工艺、电子产品的具体要求，通常需要将焊料加工成各种形状，如波峰焊用的棒状焊料、再流焊用的膏状焊料、手工焊用的无芯和含有各种助焊剂的丝状焊料、倒装焊用的球状焊料、热压焊用的片状预成型焊料等。

4.2 锡铅焊接合金

由于Sn和许多金属容易形成化合物，在常温下不易氧化，在大气中有较好的抗腐蚀性，不易失去光泽，对人类环境无害，因此很久以来Sn一直被用作两种金属之间的焊接材料。4.2.1 锡的基本物理/化学特性

锡是银白色有光泽的金属，耐氧化，在空气中仍能保持光泽度，熔点为232°C，质地软。延展性好的低熔点金属。

锡的相变温度为13.2°C（相变：在固体状态下，由于原子排列发生变化而产生相变）。

锡的化学性质：抗有机酸的腐蚀，对中性物质来说，有较高的抗腐蚀性；

锡是一种两性金属，能与强酸强碱发生化学反应，对于那些在酸性、碱性、盐雾环境下使用的组装板，需要三防涂覆保护焊点。

液态锡易氧化：锡在固体不易氧化，然而在融化状态下极易氧化，生产黑色的SnO。可以加入防氧化油，使用活性炭类的固体防氧化剂，使用防氧化焊料（在锡铅合金焊料中加入少量的其他金属粉末），采用N2保护。

浸析现象：浸入液态焊料中的固体金属会产生溶解，生产中将这种现象称为浸析现象，俗称被吃。金、银、铜等金属元素在液体锡基焊料中均有较高的溶解速度。比如在焊接厚膜电镀和银—钯合金端电极的片式元件时也会出现浸析现象，银—钯电极中的银会溶解到锡基焊料中，焊后造成端头脱落，俗称“脱帽”现象，可通过含Ag焊料来解决。

Sn和许多金属容易形成金属间化合物，使Sn能够与多种金属在几秒钟内完成扩散、溶解、冶金结合、形成焊点。同时，也由于这一特点，容易使金属间化合物生长过快，造成焊点界

面金属间化合物厚度过厚而使焊点变脆、机械强度变差，导致焊点提前失效。

锡的晶须whisker问题：镀暗锡（不加增光剂）、热处理（退火、熔化、回流）、中间镀层（在镀Sn前先镀一层其他金属作为阻挡，然后再镀Sn）。

4.2.2 铅的基本物理/化学特性

4.2.3 锡铅合金的基本物理/化学特性

密度、相变温度、电导率（一般一个焊点的电阻通常在1~10欧姆之间）、热导率（焊料的热导率随温度的增加而减小）、热膨胀系数CTE、黏度与表面张力（优良的焊料要有较低的黏度和表面张力，以增加焊料的流动性及被焊金属之间的润湿性，无铅焊料的表面张力比锡铅合金的表面张力大，所以润湿性差）、冷凝收缩现象。

4.2.4 铅在焊料中的作用

降低熔点，有利于焊接；改善机械性能，提高锡铅合金的抗拉强度和剪切强度；降低表面张力和黏度，从而增大液态焊料的流动性，有利于焊料在被焊金属表面上的润湿性；抗氧化性，使焊点抗氧化性能增加；铅的润滑性，是Sn-Pb焊膏印刷时有一定的润滑作用；可以避免灰锡的影响；避免产生晶须。

4.2.5 锡铅合金中的杂质及其影响

锡铅焊料主要成分是锡和铅，除此之外，有微量的其他金属元素以杂质的形式混入，有些事无害的，有些杂质则不然，即使掺入少量，也会对润湿性和焊接点的性能产生很大的影响。锌、铝、镉、Sb、铜、铁、Bi、As、P。

4.2.6 无铅焊料合金

对无铅焊料合金的要求：合金中不含铅或者其他对环境有污染的元素；熔点应尽量与Sn/Pb 共晶合金接近，在180°~230°之间；有较小的固液共存温度范围，凝固时间要短，有利于形成良好的焊点；良好的物理性能，如导电性、导热性、润湿性、表面张力等；具有良好的化学性能，如耐腐蚀、抗氧化、不易产生电迁移等；冶金性能良好，与铜、银—钯、金、42号合金钢、镍等形成良好的焊点，焊点的机械性能良好，要求容易拆卸和返修；生产的残渣少；具有可制造性，容易加工成焊球、焊片、焊条、焊丝等形式；成本合理，资源丰富、便于回收；组分和杂志含量必须受到控制。

最有可能代替Sn/Pb焊料的合金材料是，以Sn为主，添加Ag、Cu、Zn、Bi、In、Sb等金属元素，构成二元三元或者多元合金。

Sn-Ag共晶合金；

Sn-Ag-Cu三元合金；

Sn-Cu系焊料合金；

Sn-Zn系焊料合金；