锡膏基础知识.ppt

FoxconnTechnologyGroup SMTTechnologyDevelopmentCommittee SMTTechnologyCenterSMT技術中心 錫膏基礎知識 一 錫膏的定義 二 錫膏的組成 三 錫膏的分類 四 錫膏的參數 五 錫膏的測試 六 錫膏的選擇 七 錫膏的儲存 目錄 锡膏是一种均匀的焊料合金粉末和稳定的助焊剂按一定的比例均匀混合而成的膏状体 在焊接时可以使表面组装元器件的引线或端点与印制板上焊盘形成合金性连接 这种物质极适合表面贴装的自动化生产的可靠性焊接 是现电子业高科技的产物 锡膏的定义 一 錫膏的定義 英文名稱 SOLDERPASTE 錫粉通常是由氮氣霧化或轉碟法制造 后經絲網篩選而成 助焊劑是粘結劑 樹脂 溶劑 活性劑 觸變劑及其它添加劑組成 它對焊膏從絲綢印刷到焊接整個過程起著至關重要的作用 二 錫膏的組成 锡膏的組成 錫膏 錫粉 METAL 助焊劑 FLUX 重量與体積的關係 fluxmetal重量比1090體積比5050V W SS 比重 二 錫膏的組成 锡膏的組成 10 助焊膏和90 锡粉的重量比 一般情况下 二 錫膏的組成 锡膏的組成 锡合金粉 90 助焊膏 10 50 助焊膏与50 锡粉的体积比 二 錫膏的組成 锡膏的組成 锡合金粉 50 助焊膏 50 錫膏中金属的含量决定着焊缝的尺寸 随着金属所占百分含量的增加 焊缝尺寸也增加 但在给定黏度下 随金属含量的增加 焊料的桥连的倾向也相应增大 按重量來計算的金屬含量百分比對黏滯度有直接的影響 在用于印刷的錫膏中金屬含量百分比從最少的85 到最多的92 區間內分布 用于印刷的錫膏常見的金屬含量百分比是從88 到90 二 錫膏的組成 锡膏的組成 助焊剂主要有三大类型 R型 松香焊剂 RMA型 适度活化的松香 以用RA型 全部活化的松香 助焊剂是錫膏载体的主要组分之一 现有的錫膏一般采用的是RMA型助焊剂以松香和称为活化剂的盐溶液组成的 这种焊剂靠盐激活 适合于消除轻微的氧化膜及其它污染 增加了熔化的焊料与焊盘 元件端焊头或孔线之间的润湿作用 它还可以作为回流焊之前的临时性粘合剂 使表面贴装器件在放置和传送过程中 始终固定在相应位置而不发生偏移 有些品牌的贴片机特别是高速贴片机 由于贴装速度快 贴片头和印刷板均要高速移动 此时这种特性尤为重要 锡膏的組成 二 錫膏的組成 高溫錫膏常溫錫膏低溫錫膏 三 錫膏的分類 按回焊溫度分 按金屬成份分 含銀錫膏 SN62 PB36 AG2 非含銀錫膏 SN63 PB37 含鉍錫膏 BI14 SN43 PB43 低温应用 Sn43 Pb43 Bi14Sn42 Bi58高温 无铅 高张力 Sn96 Ag4Sn95 Sb5Sn96 5 Ag3 0 Cu0 5Sn95 5 Ag3 8 Cu0 7高温 高张力 低价值 Sn10 Pb90Sn10 Pb88 Ag2Sn5 Pb93 5 Ag1 5 三 錫膏的分類 免洗 NC 水洗 WS或OA 中等活性松香 RMA 活性松香型 RA 三 錫膏的分類 按助焊劑成份分 三 錫膏的分類 按清洗方式分 有機溶劑清洗型水清洗型半水清洗型免清洗型 常用的为免清洗型錫膏 在要求比较高的产品中可以使用需清洗的的錫膏 各类型之成分比较 RA和RMA配方是相似的 然而 RA含有卤化物活性剂 水溶性助焊剂含有高的活化剂 免洗类似于RA RMA 除在松香树脂含量上不同 其它成份是表面活化剂 增稠剂 增韧剂等 三 錫膏的分類 常見無鉛錫膏的種類 三 錫膏的分類 常見無鉛錫膏的種類 三 錫膏的分類 合金类型锡粉颗粒助焊剂类型 残余物的去除 四 錫膏的參數 錫膏的主要參數 温度范围a固相b液相基质兼容性焊接强度 结合力 四 錫膏的參數 1 合金參數 锡铅合金的二元金相图 A共熔组成在Pb37 Sn63合金 此是固态与液态直来直往的 无浆状存在 且熔点低在183 C B纯铅的MP为327 C 纯锡232 C 当形成合金时 则其MP下降以共晶点为最低 四 錫膏的參數 电子应用方面 含铅 超过90 的是 Sn63 Pb37 Sn62 Pb36 Ag2 或Sn60 Pb402 的银合金随含Ag引脚和焊垫应用的增加而增加 银合金常用于锡铅合金产生弱粘合的场合 四 錫膏的參數 常用合金 四 錫膏的參數 常用合金 美國NEMISn 3 9Ag 0 6Cu SAC396 日本JEIDASn 3 0Ag 0 5Cu SAC305 歐盟Sn 3 8Ag 0 7Cu SAC387 各國主流無鉛銲錫合金 Sn 3 4 wt Ag 0 1 wt CuMeltingPoint 217 四 錫膏的參數 常用合金 含鉛合金組成 無鉛合金組成 四 錫膏的參數 锡粉颗粒直径大小颗粒形状大小分布氧化比率 四 錫膏的參數 2 錫粉參數 a 锡粉颗粒直径大小 电镜扫描IPCJ STD 006定义球形锡粉的直径尺寸是长宽比率小于1 5倍 Optimum 四 錫膏的參數 焊料粉末的形状决着粉末的氧化物含量 也决定着錫膏的可印性 球形焊料粉末在给定体积下总表面积最小 减少了可能发生的表面氧化的面积 球形的錫膏顆粒要比其它任何形狀的顆粒更容易通過网版或者鋼版 并且一致性好 为使錫膏具备优良的印刷性能创造了条件 借助錫膏黏度测试仪可以从显示器上检测到錫粉末的形状 四 錫膏的參數 b 锡粉颗粒形狀 GoodPoor 四 錫膏的參數 b 锡粉颗粒形狀 愈圓愈好愈小愈均勻愈好 流動性佳 成形佳 氧化層愈薄愈好 焊料颗粒的尺寸一般为 200目 325目 即至少99 重量百分比的粉末颗粒能通过200 孔 in2 目的网 少于20 重量百分比的粉末颗粒能通过325目的网 该尺寸以外的颗粒以不多于10 为宜 在有0 5mm脚间距的器件印刷焊膏时 焊料颗粒尺寸应比常规小 可以选用颗粒尺寸是 300目 500目的焊膏 四 錫膏的參數 c 锡粉大小分布 粉粒等级网眼大小颗粒大小IPCTYPE2 200 32545 75微米IPCTYPE3 325 50025 45微米IPCTYPE4 400 63520 38微米2型用于标准的SMT 间距为50mil 当间距小到30mil时 必须用3型焊膏3型用于小间距技术 30mil 15mil 在间距为15mil或更小时 要用4型焊膏这即是UFPT 极小间距技术 b 锡粉颗粒形狀 四 錫膏的參數 Mesh 四 錫膏的參數 b 锡粉颗粒形狀 MeshConcept b 锡粉颗粒形狀 四 錫膏的參數 錫膏規範錫粉粒子分成六種類型 四 錫膏的參數 锡粉表面氧化重量 测试锡粉称重样品熔化去除焊剂及杂质称重余量换算 比Type3小于0 17 四 錫膏的參數 d 锡粉氧化比率 四 錫膏的參數 d 锡粉氧化比率 1 有機類 其助焊效果較佳 但若使用失當易造成過度的腐蝕 故在使用上多采清洗作業 以減低腐蝕程度 此類代表有機酸 organicacids OA 鹵素和胺及氨基化合物等 2 有機松香類 此類因腐蝕性較弱 故使用較安全 其類別有 a 純松香Rtype rosinflux 除天然松香外 並無其它活性劑之添加 故其助焊效果較弱 四 錫膏的參數 3 助焊劑類型 b 中度活性松香RMAtype rosinmildlyactiveflux 除天然松香外尚加以鹵素為至之活性劉 其助焊效果較R type為強 c 活性松香RAtype rosinactiveflux 與RMAtype類似 但助焊效果則較強 d 超活性松香RSAtype rosinsuperativeflux 與RMARAtype類似 但其所添加之活性劑極強 e 合成松香SRtype syntheticrosinflux 四 錫膏的參數 3 助焊劑類型 1 助焊劑之作用 清潔表面 隔離空氣 清潔表面 隔離空氣 降低焊錫表面張力 增進金屬表面潤錫能力及擴散能力 四 錫膏的參數 提供RHEOLOGY及黏度才可印刷去除PAD PART SOLDER之氧化物降低SOLDER表面张力以增加焊錫性防止加熱過程中再氧化说明 溶剂蒸发受热 焊剂覆盖在基材和焊料表面 使传热均匀放出活化剂与基材表面的离子状态的氧化物反应 去除氧化膜使熔融焊料表面张力小 润湿良好覆盖在高温焊料表面 控制氧化改善焊点质量 四 錫膏的參數 1 助焊劑之作用 LIQUID Solvent SOLIDS RosinActivatorThixotropicagent 四 錫膏的參數 2 助焊劑之組成 1 固化物 Solids 包括松香 松香油等具黏滯性 略具清潔被焊金屬之效能 且可阻隔空氣 防止被焊高溫下之氧化 四 錫膏的參數 2 助焊劑之組成 焊接能力防止塌陷黏滯力殘留物之顏色印刷能力ICT測試能力 ROSIN之職責 2 活性劑 Activators 包括鹵素及有機酸 具有強力清潔金屬表面之能力 其腐蝕性亦強 四 錫膏的參數 2 助焊劑之組成 活化強度信賴度保存期限 ACTIVATORS之職責 3 溶劑 Solvents 包括乙醇 水等 可降低前二者之含量百分比 使其作用易於掌控 同時有助於助焊劑溫度之降低 在使用時涂布更均勻 效果更佳 四 錫膏的參數 2 助焊劑之組成 防止塌陷黏滯時間 Stencillife黏度控制 SOLVENTS之職責 4 其它 如助潤劑有助於被焊金屬之潤錫能力 熱穩定劑可使助焊劑能承受更高之溫度且不易變質 黏度修正液可控制流動性 四 錫膏的參數 2 助焊劑之組成 Thixotropicagent之職責 黏度印刷能力防止塌陷ODOR 錫膏添加剂 卤化物 去除铜面氧化物 活化剂 中性有机酸 活化锡铅表面 活化剂 胺类 活化银表面 活化剂 有机酸 高温下配合FLUX除污 活化剂 氯化物 活性强过RMA 活化剂 溶剂 溶解固化物 活性剂 需有挥发性 坍塌 空洞 危害人体 黏度改质剂 触变剂 印刷成型润湿剂 SolderPaste与PAD间的易接触 便于残渣清洗增黏剂 保持贴片后REFLOW前的黏性防氧化剂 防锡粉氧化 属酚类表面活剂 降低焊剂的表面张力 增加焊剂对焊粉和焊垫的亲润性其它添加剂 锡膏制造商的专利 四 錫膏的參數 具一定的化学活性具有良好的热稳定性具有良好的润湿性对焊料的扩展具有促进作用留存于基板的焊剂残渣 对基板无腐蚀性具有良好的清洗性氯的含有量在0 2 W W 以下 四 錫膏的參數 3 助焊劑的要求 PH值 須在3 0 7 5之間 應為中性的化學品 銅鏡試驗 coppermirrortest 詳見IPC TM 6502 3 32 鹵素試驗 必須不含有氟化物 氯化物 以免板子引起后患 SIR Surfaceinsulationresistance 試驗 詳見IPC B 25試驗法 四 錫膏的參數 4 助焊劑腐蝕試驗常見檢驗法 铜镜测试 测助焊剂腐蚀性的强弱 敷在长方形的玻璃 专制 23 C 2 C50 5 RH 铬酸银试 测氯化物或溴化物的存在 白色或淡黄色表示有 如有胺类影响需先以PH试纸测验PH 3 金属含量 IPC SP 819规定75 92 误差1 内 称熔融前后的重量 黏度测试 Brookfield及Malcolm测量计测量 单位centipoise CPS 深度5cm25 C 0 25 C回温4HS Brookfield转速5RPM旋浆下沉2 8cm转10分钟 取最后两个的平均值 五 錫膏的測試 錫膏的品質測試 坍塌测试 测在室温中及在熔焊中 印着形态的保持 印在毛玻璃上3个直径0 65cm 厚度0 25mm两块 分别置于25 C 5 C 50 RH 50 70分钟及5 10分钟后置于100 C 5 C 10 2分钟 不可增大原形的10 IPC SP 819 锡球测试 检查锡膏熔焊后能否形成一个大球体而不夹杂小球体或碎叶 坍塌试验后的板在20秒内熔化 以20 30倍放大镜 中央主球体直径大于90mil 2 3mm 小球径 70 五 錫膏的測試 錫膏的品質測試 合金粉末的颗粒大小及形状 金属粉末的含量 焊剂类型 焊膏的稳定性 六 錫膏的選擇 錫膏选择的基本原则是 六 錫膏的選擇 錫膏的选用 錫膏的选用主要根据工艺条件 使用要求及錫膏的性能 可以参考以下几点来选用不同的錫膏具有良好的印刷性 流动性 脱版性 连续印刷性 印刷后在长时间内对SMD持有一定的粘合性 焊接后能得到良好的接合状态 焊点 其殘留成分 具高绝缘性 低腐蚀性 对焊接后的焊剂残渣有良好的清洗性 清洗后不可留有残渣成分 具有优异的保存稳定性 影響印刷過程的几個參數是 黏滯度 塌落 黏結時間 暴露時間 金屬含量百分比 顆粒大小 顆粒形狀 黏滯度是很重要同時也很容易被曲解的 至少當測量它的時候是這樣 黏滯度是以泊肅葉為單位的 通常用厘泊和千厘泊來計量 有兩種類型的黏度計用于黏滯度的測量 布魯克菲爾德和馬爾康姆 布魯克菲爾德黏度計被認為是工業標准 馬爾康姆黏度計是很有意思的 因為不同于布魯克菲爾德黏度計所測的靜態黏滯度 它測的是動態黏滯度 六 錫膏的選擇 錫膏的选用 錫膏的稳定性 錫膏在印刷后到回流焊前 要经过传输 贴片等工艺 錫膏在空气中有一段停留时间 另外 工作环境温度有时也有波动 而且在新品项目试生产过程中 由于贴片机供料器可器件封装形式等问题 有些器件要求手工进行贴放 因此錫膏在空气中停留的时间相对更长一些 这就要求錫膏的稳定性要好 焊剂的损失要慢 工作寿命要长 六 錫膏的選擇 錫膏的选用 七 錫膏的儲存 焊膏购买到货后 应登记到达时间 保质期 型号 并为每罐焊膏编号 焊膏应以密封形式保存在恒温 恒湿的專用冷藏櫃內 有鉛與無鉛錫膏分開儲存 其存儲溫度須與錫膏進出管制卡上所標明之溫度相符 温度在约为 2 10 C 温度过高 焊剂与合金焊料粉起化学反应 使粘度上升影响其印刷性 温度过低 低于0 C 焊剂中的松香会产生结晶现象 使焊膏形状恶化 这样在