第四章印刷工艺与设备

1、第四章 印刷工艺与设备4.1 印刷设备基本原理与构造印刷机结构: 视觉定位系统 擦拭系统 ; 锡膏填涂系统视觉定位系统 CAMERA的结构: 两个镜头,STENCIL+PCB 一个PCB STOP SENSOR可作锡膏覆盖率检查: 用CAMERA的PCB镜头 可设定覆盖率参数,不合格的机器会自动提示视觉定位系统PCB STOP SENSOR感应到PCB后.PCB 停CAMERA的两个镜头分别识别stencil和PCB上的MARK,以识别的图像完全重合为基准,来完成定位精准度,在校对位置时,PCB不动,只有STENCIL可移动调整.(分X.Y. )擦拭系统1. 擦拭时由气缸将擦拭杆顶起,使擦拭纸

2、与钢板接触.2. 湿擦时的溶剂量要控制在湿擦完毕时,湿的擦拭纸正好被用完.3. 溶剂的喷量可通过调整溶剂泵的频及冲程来进行控制.锡膏填涂系统1. 刮刀采用钢刮刀.角度标准4560度,现用60度.2. 印刷时锡膏在钢板上是滚动,一般滚动的直径为11.5cm3. 刮刀的压力一般为0.5+0.1 kg/inch锡膏印刷现在被认为是，表面贴装技术中控制最终焊锡节点品质的关键的过程步骤。印刷是一个建立在流体力学下的制程，它可多次重复地保持，将定量的物料(锡膏或黏胶)涂覆在PCB的表面，一般来讲，印刷制程是非常简单的，PCB的上面与丝网或钢板保持一定距离(非接触式)或完全贴住(接触式)，锡膏或黏胶在刮刀的

3、作用下流过丝网或钢板的表面，并将其上的切口填满，于是锡膏或黏胶便贴在PCB的表面，最后，丝网或钢板与PCB分离，于是便留下由锡膏或黏胶组成的图像在PCB上.在印刷锡膏的过程中，基板放在工作台上，机械地或真空夹紧定位，用定位销或视觉来对准。或者丝网(screen)或者模板(stencil)用于锡膏印刷。在手工或半自动印刷机中，锡膏是手工地放在模板/丝网上，这时印刷刮刀(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，印刷刮刀向下压在模板上，使模板底面接触到电路板顶面。当刮刀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

4、后，丝网在刮刀之后马上脱开(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"。脱开距离与刮刀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。手工印刷机(MANNAL PRINTERS) 手工印刷机是最简单而且最便宜的印刷系统, PCB放置及取出均需人工完成,其刮刀可用手把或附在机台上,印刷动作亦需人手完成,PCB与钢板平行度对准或以板边缘保证位置度均需依靠作业者的技巧,如此将

5、导致每印一块PCB,印刷的参数均需进行调整变化。半自动印刷机 (SEMIANTOMATIC PRINTERS)半自动印刷机是当前使用最为广泛的印刷设备, 它们实际上很类似手工印刷机,其PCB的放置及取出仍赖手工操作,与手工机的主要区别是印刷头的发展,它们能够较好地控制印刷速度,刮刀压力、刮刀角度,印刷距离以及非接触间距,工具孔或PCB边缘仍被用来定位,而钢板系统以助人员良好地完成PCB与钢板的平行度调整。全自动印刷机(AUTOMATIC PRINTER) PCB的置取均是利用边缘承载的输送带完成,制程参数如刮刀速度、刮刀压力、印刷长度、非接触间距均可编程设定。PCB的定位则是利用定位孔或板边缘

6、,有些设备甚至可利用视觉系统自行将PCB与钢板调成平行,当使用该类视觉系统时,便可免却边缘定位带来的误差,而且令定位变得容易,人工的定位确认为视觉系统所取代 。刮刀刮刀的磨损、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，刮刀边缘应该锋利和直线。刮刀压力低造成遗漏和粗糙的边缘，而刮刀压力高或很软的刮刀将引起斑点状的(smeared)印刷，甚至可能损坏刮刀和模板或丝网。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。常见有两种刮刀类型：橡胶或聚氨酯(polyurethane)刮刀和金属刮刀. 刮刀刃口的型状：锋利平整的刃口可获至最佳的印刷。 刮刀的压力一般为5到30磅，其具

7、体大小应依据刮刀类型及材料，非接触间距，是丝网还是钢板及锡膏状况。 刮刀的速度，若对于的流动状况而定。刮刀的压力与速度的关系是非常重要的，在理论上，对于每一种锡膏成份均应有一个最佳的压力与速度与之对应。但此二参数是互成负面影响，对于任何刮刀压力，每增加一点速度均会令刮刀刃上的压力减小，相反地，刮刀速度的减小将令刮刀刃的压力增大。刮刀宽度：应超过PCB宽度大约50MM(2“)，（每边大25MM(1”)），这可令钢板受到的力最小，以保持丝网的弹性，请不要偿试对刮刀进行维修。视觉识别标示的平整度(Alignment Targets) 如果印刷机未配备视觉系统，将难于找到丝网及钢板与PCB的平行面，人

8、工识别标示将有助于丝网及钢板的水平设置。识别标示可以是任何型状，一般来说用2.54mm(0.100")的方块就是够了，在丝网或钢板的对角上如PCB一样，有两个识别标示，使用时，将PCB置于印刷机并将PCB及丝网或钢板的识别标识对齐即可，此识别标示亦可作为一个制程控制的工具，例如，将锡膏或黏胶涂在识别标示上可供做平整性，厚度及边界的检查，胜过做整块板的全检。4.2 印刷设备参数设置与实际操作Emergency Stop警急停止开关Temperature温度控制表On电源启动开关Relative Humidity湿度控制表Off电源关闭开关Power电源灯Start Cycle开始循环按

9、钮警急停止开关警急停止开关红黄绿灯塔主电源开关圆形开关断路器1.系统简介:印刷机特性视觉自动对准装置 Vision Alignment System慢速脱模功能 Slow Snap-off Function可程序设定刮刀头 Programming Squeegee自动擦拭钢板系统Stencil Wipper 2.关于印刷周期Printing Cycle印刷周期包含下列过程1. 基板搬入Loading Board2. 基板定位 Locating Board3. 视觉系统对位 Vision Alignment4. 印刷平台上升 Z Tower UP5. 刮刀向前后刮印锡膏 Printting6.

10、慢速脱模 Slow Snap-Off7. 印刷平台下降 Z Tower Down8. 基板搬出 Unloading Board4.3 钢网4.3.1 钢网制作流程钢网的主要功能是帮助锡膏的沉积(deposition)。目的是将准确数量的材料转移到光板(bare PCB)上准确的位置。锡膏阻塞在钢网上越少，沉积在电路板上就越多。因此，当在印刷过程中某个东西出错的时候，第一个反应是去责备模板。可是，应该记住，还有比钢网更重要的参数，可影响其性能。这些变量包括印刷机、锡膏的颗粒大小和黏度、刮刀的类型、材料、硬度、速度和压力、钢网从PCB的分离(密封效果)、阻焊层的平面度、和组件的平面性。钢板是一种用

11、液体或干膜覆盖于金属薄片并蚀刻制成的金属板,覆盖层除那些需蚀刻成切口的区域外,将金属薄片完全盖住,蚀刻后,再将覆盖层去除,将此金属薄片直接粘接在框架上,称为金属钢板,若是通过金属丝网与框架进行粘接,则称为柔性钢板,一般建议使用柔性钢板的粘接方式,因为金属丝网可令钢板在其牵引下变得平坦无弯曲. 钢板一般由黄铜或不锈钢制成,早期使用黄铜是因其容易取得且易于蚀刻,但是,黄铜因为其抗强度仅为27.000 1b ,而显得太软,所以,黄铜制成的印刷模板在制程中,取置及贮存时均易变形受损。而不锈钢,因其抗强度为163.000 1b之高,故不易变形受损,因为很耐用,不锈钢的缺点是蚀刻为困难. 模板制造的三个主

12、要技术是，化学蚀刻(chemical etching)、激光切割(laser cutting)和电铸成形(electroforming)。每个都有独特的优点与缺点。化学蚀刻和激光切割是递减(substractive)的工艺、电铸成形是一个递增的工艺。通常，当用于最紧的间距为0.025"以上的应用时，化学腐蚀(chem-etched)模板和其它技术同样有效。相反，当处理0.020"以下的间距时，应该考虑激光切割和电铸成形的模板。虽然后面类型的模板对0.025"以上的间距也很好，但对其价格和周期时间可能就难说了。化学蚀刻的模板是模板世界的主要类型。它们成本最低，周转最

13、快。化学蚀刻的不锈钢模板的制作是通过在金属箔上涂抗蚀保护剂、用销钉定位感光工具将图形曝光在金属箔两面、然后使用双面工艺同时从两面腐蚀金属箔。由于工艺是双面的，腐蚀剂穿过金属所产生的孔，或开口，不仅从顶面和底面，而且也水平地腐蚀。该技术的固有特性是形成刀锋、或沙漏形状(图一)。图一化学蚀刻的缺点:这个方法对引脚间距为0.65mm或更大的组件是可接受的。当在0.020“以下间距时，这种形状产生一个阻碍锡膏的机会，这个缺陷可以用叫做电抛光(electropolishing)的增强工艺来减小。改进锡膏释放的另一个技术是梯形截面孔(TSA, trapezoidal section apertures)

14、， 可以进一步提高表面光洁度，消除表面不规则.电铸成形，一种递增而不是递减的工艺，制作出一个镍金属模板，具有独特的密封(gasketing)特性，减少锡桥和对模板底面清洁的需要。该工艺提供近乎完美的定位，没有几何形状的限制，具有内在梯形的光滑孔壁和低表面张力，改进锡膏释放。电铸成形的缺点:因为涉及一个感光工具(虽然单面)可能存在位置不正。如果电镀工艺不均匀，会失去密封效果。还有，如果清洗过程太用力，密封“块”可能会去掉.直接从客户的原始Gerber数据产生，激光切割不锈钢模板的特点是没有摄影步骤。因此，消除了位置不正的机会。模板制作有良好的位置精度和可再生产性。Gerber文件，在作必要修改后

15、，传送到(和直接驱动)激光机。物理干涉少，意味着出错机会少。虽然有激光光束产生的金属熔渣(蒸发的熔化金属)的主要问题，但现在的激光切割器产生很少容易清除的熔渣。激光技术是唯一允许现有的模板进行返工的工艺。除了激光切割与电铸成形之外，模板制作中的最重要进步是电子数据转移。近如1995年，提供给模板制造商的多数图片都是胶片正片(film positive)，一比一地配合光铜上的图形。组件开孔的修饰涉及重复的摄影技巧和手工操作。该工艺也决定于所提供胶片正片的质量。最后，分步重复图片是一项繁重的任务。 胶剂模板(Adhesive Stencil)电子文件也使计算机辅助设计(CAD)操作员可容易地决定一

16、个焊盘形状的质心点。有这个能力，设计文件中锡膏层可转换成圆形和椭圆形。示组件尺寸而定(图七)。因此，可制作一块模板来“印刷”，而不是滴胶。印刷比滴胶快，将这种设备让给其它工作上面。一个比较近期的创新发生在返修(rework)领域。现在有“小型的”模板，专门设计用来返工或翻修单个组件。可购买单个组件的模板，如标准的QFP和球栅阵列(BGA)。当然也有相应的刮板，或小型刮刀。 化学腐蚀模板的价格是有框架尺寸驱使的。虽然金属箔是模板制作过程中的重点，但框架是单一的、最贵的固定成本。其尺寸很大程度上由印刷机类型决定。可是，大多数印刷机可接纳不止一个框架尺寸。(框架尺寸是工业标准)。多数模板供应商保持一

17、定库存的标准框架，尺寸范围从5x5" 29x29"。因为空的金属箔成本没有框架的那么多，金属厚度对价格没有影响。并且由于所有孔都是同时蚀刻的，其数量也是无关紧要的。 电铸成形模板价格主要是由金属厚度驱使的。电镀到所希望的厚度是主要的考虑：厚的模板比薄的模板成本低。 激光切割模板价格是按照设计的孔数. 激光一次切割一个孔，即孔越多，成本越高。还要加上所要求的框架尺寸。一个用激光切割密间距和化学腐蚀标准间距组件的混合模板，当要求许多开孔时，可能是成本有效的方法。可是，对于少于2500个孔的设计，完全用激光切割整个模板也许更成本低。 4.3.2 钢网检验规范钢片材质与制作方式选用

18、原则,如：模板类型化学蚀刻普通激光电铸模板Polymer(高聚物模板)复合Polymer加工方法蚀刻YAG热切割电沉积YAG冷切割YAG冷切割原材料日本SUS304日本SUS304镍合金环氧树脂镀镍环氧树脂所用设备国产LPKFLPKFLPKF可加工厚度0.102mm0.100.60mm0.030.20mm0.020.20mm0.020.20mm可加工间距P0.50mmP0.40mmP0.30mmP0.20mmP0.20mm开口位置精度±10um±3um±6um±1um±1um孔壁粗糙度5um1um0.4um0.5um0.5umBGA圆孔度95%

19、99%98%99.9%99%生产使用通用通用通用要重新试验设定工艺参数,只能用钢刮刀,会产生静电,对印刷机有要求通用清洗酒精酒精酒精酒精酒精寿命1年1年1.5年0.8年1.7年模板技术对锡膏释放的百分比也起一个主要作用。开孔侧壁的几何形状和孔壁光洁度直接与模板技术有关。经过电解抛光的激光切割模板得到比非电解抛光的激光切割模板更光滑的内孔壁。在一个给定面积比上，前者比后者释放更高百分比的锡膏。对于接近1.5的宽深比和接近0.66的面积比，一些模板技术比其它的更好地达到较高百分比的锡膏释放。使用这种模板的一个例子是，一个两排的连接器，0.10"间距，0.045"直径的通孔和0.

20、035"的引脚直径，0.048"厚度的PCB，在0.150"的通孔开口范围内没有其它的组件和通路孔。一块0.085"宽，0.170"长的开口，和0.006"厚度的添印模板，可以达到足够的锡膏量，以形成在PCB的两面有焊接圆角的焊接点。在一些情况中，模板可能要求台阶。一种情况是对密间距(fine-pitch)组件的向下台阶区域。有一个例子是，对所有组件为 8-mil 厚度的模板，20-mil 间距的除外，它要求 6-mil 的厚度。 在模板上朝电路板这一面的陷凹台阶是模板中要求台阶的另一个例子。在板上有凸起或高点妨碍模板在印刷过程中的密

21、封作用的时候，陷凹台阶是所希望的。例子有条形码、测试通路孔和增加性的踪迹线。陷凹台阶的凹穴也用于两次印刷(two-print)模板，它主要用于混合技术要求 - 或者通孔技术/表面贴装或者表面贴装/倒装芯片。在通孔技术/表面贴装的情况，第一个模板用正常厚度的模板(6-mil)印刷所有的表面贴装锡膏。第二个模板印刷所有通孔组件的锡膏。这个模板通常是 1525-mil 厚，为通孔组件提供足够的锡膏。陷凹台阶(通常 10-mil 深)是在这个第二次印刷模板的朝板面上，在第一次印刷所有表面贴装锡膏的位置上。这个台阶防止通孔印刷期间抹掉表面贴装锡膏。当单一厚度的添印模板不能提供适当的锡膏量来形成一个可接受

22、的焊接点的时候，可使用台阶式添印模板。台阶式添印模板的应用是，多引脚排的通孔组件(三或更多)或在SMT组件和通孔组件之间具有最小不准入内区域的高密度组装板。这个模板类型的一个例子如图三所示。K1和K2是不准入内距离。K2是通孔开口与台阶边缘之间的距离。当设计模板开孔时，在长度大于宽度的五倍时考虑宽深比，对所有其它情况考虑面积比。随着这些比率的减少并分别接近1.5或0.66，对模板孔壁的光洁度就要求更严厉，以保证良好的锡膏释放。在选择提供光滑孔壁的模板技术时应该小心。作为一般规则，将模板开孔尺寸比焊盘尺寸减少 12-mil，特别是如果焊盘开口是阻焊层界定的。当焊盘是铜箔界定时，与多数微型BGA一

23、样，将模板开孔做得比焊盘大 12-mil 可能是所希望的。这个方法将增加面积比，有助于微型BGA的锡膏释放。4.4 印刷材料4.4.1 锡膏 焊膏是由合金焊料粉、糊状助焊剂均匀混合而成的浆料或膏状体。它是SMT工艺中不可缺少的焊接材料，广泛用于再流焊中。焊膏在常温下具有一定的粘性，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挥发，将被焊元器件互联在一起形成永久连接。 目前涂布焊膏多数采用丝网漏印法，其优点是操作简便、快速、配制后即刻可用。但该法也有缺点：(1) 难以保证焊点的可靠性，易造成虚焊。(2) 浪费焊膏，成本高。近年来，用微机控制的自动焊膏点涂机可以克服上述缺点。4

24、.4.1.1 焊膏的化学组成 焊膏主要由合金焊料粉末和助焊剂组成(表4.1)。其中合金焊料粉占总重量的85%90%，助焊剂点15%20%。1.合金焊料粉末 合金焊料粉末是焊膏的主要成分。常用的合金焊料粉末有锡-铅(Sn-Pb)、锡-铅-银(Sn-Pb-Ag)、锡-铅-铋(Sn-Pb-Bi)等，常用合金成分为63%Sn/37%Pb以及62%Sn/36%Pb/2%Ag。不同合金比例有不同的熔化温度，见表4.2。合金焊料粉末的形状、粒度和表面氧化程度对焊膏性能的影响很大。合金焊料粉末按形状分成无定形和球形两种。球形合金粉末的表面积小、氧化程度低、制成的焊膏具有良好的印刷性能。合金焊料粉末的粒度一般在

25、200400目。粒度愈小，粘度愈大；粒度过大，会使焊膏粘接性能变差；粒度太细，则由于表面积增大，会使表面含氧量增高，也不宜采用。组成使用的主要材料功能合金焊料粉Sn-PbSn-Pb-Ag等元器件和电路的机械和电气连接焊剂系统焊剂松香，合成树脂净化金属表面，提高焊料润湿性粘接剂松香，松香脂，聚丁烯提供贴装元器件所需粘性活化剂硬脂酸，盐酸，联氨，三乙醇胺净化金属表面溶剂甘油，乙二醇调节焊膏特性触变剂防止分散，防止塌边表4.1 焊膏组成和功能合金焊料熔点/合金焊料熔点/Sn-Zn204371Sn-Sb249Pb-Ag310366Sn-Pb-In99216Sn-Pb177327Sn-Pb-Bi3814

26、9表4.2 合金焊料温度2.助焊剂 在焊膏中，糊状助焊剂是合金粉末的载体。其组成与通用助焊剂基本相同。为了改善印刷效果和触变性，有时还需加入触变剂和溶剂。通过助焊剂中活性剂的作用，能清除被焊材料表面以及合金粉末本身的氧化膜，使焊料迅速扩散并附着在被焊合金属表面。助焊剂的组成对焊膏的扩展性、润湿性、塌陷、粘度变化、清洗性质、焊珠飞溅及储存寿命均有较大的影响。4.4.1.2 焊膏的分类 焊膏的品种很多，通常可按以下性能分类：1.按合金焊料粉的熔点分 最常用的焊膏熔点为178183，随着所用金属种类和组成的不同，焊膏的熔点可提高至250以上，也可降为150以下，可根据焊接所需温度的不同，选择不同熔点

27、的焊膏。2.按焊剂的活性分 参照通用液体焊剂活性的分类原则，可分为无活性(R)，中等活性(RMA)和活性(RA)三个等级(表4.3)，根据PCB和元器件的情况及清洗工艺要求进行选择。类型焊剂和活化剂应用范围R水白松香，非活性航天，军事RMA松香，非离子性卤化物等军事和其它高可靠性电路组件RA松香，离子性卤化物消费类电子产品表4.3 焊膏按焊剂的活性分类3.按焊膏的粘度分 粘度的变化范围很大，通常分100600Pas，最高可达1000 Pas以上。依据锡膏工艺手段的不同进行选择。4.按清洗方式分 按清洗方式分为有机溶剂清洗、水清洗、半水清洗和免清小清洗等方式。从保护环境的角度考虑，水清洗、半水清

28、洗和免清洗是发展方向。4.4.1.3 表面组装对焊膏的要求 在表面组装的不同工艺或工序中，要求焊膏具有的性能如表4.4所示。1.焊膏在印刷前应能保持36个月。2.印刷时和再流加热前应具有的性能(1)印刷时应具有优良的胶模性；(2)印刷时和印刷后焊膏不易坍塌；(3)焊膏应具有一定的粘度。3.再流加热时应具有的性能(1)应具有良好的润湿性能；(2)应形成最少量的焊料球；(3)焊料飞溅要少。4.再流焊接后应具有的性能(1)要求焊剂中固体含量越低越好，焊后易清洗干净；(2)焊接强度高。材料诸因素组装要求的特性焊料合金焊剂焊膏组成不纯物粒度颗粒形状粒度分布氧化状态熔点沸点含量成分CI量氯素含量触变剂量溶

29、剂量电导率吸水量粘度比重印刷前储存稳定性印刷到再流前印刷脱模性触变性粘性再流时润湿性焊料球焊剂飞溅速干性再流后洗净性组件表面美观非腐蚀性绝缘电阻接合强度张力蠕变性弯曲弹性热冲击性注：关系大，有关系表4.4 对焊膏要求的特性和相关因素4.4.1.4 焊膏的选用原则 根据焊膏的性能和使用要求，可参考以下几点选用：(1) 焊膏的活性可根据印制板表面清洁程度来决定，一般采用RMA级，必要时采用RA级。(2) 根据不同的涂覆方法选用不同粘度的焊膏，一般液体分配器用粘度为100200 Pas，丝网印刷用粘度为100300 Pas，漏模板印刷用粘度为200600 Pas。(3) 精细间距印刷时选用球形、细粒

30、度焊膏。(4) 双面焊接时，第一面采用高熔点焊膏，第二面采用低熔点焊膏，保证两者相差3040，以防止第一面已焊元器件脱落。(5) 当焊接热敏组件时，应采用含铋的低熔点焊膏；(6) 采用免洗工艺时，要用不含氯离子或其它强腐蚀性化合物的焊膏。几种常用焊膏及其性能如表4.5所示。牌号合金组成/%熔点目数/形状助焊剂含量/%氯离子含量/%粘度/Pa·s用途SQ-1025SZH-163Sn/37Pb183250/球形10.00.24000.65mm片状器件用SQ-2030SZH-162Sn/36Pb/2Ag179300/球形10.20.24500.5mm片状器件用SQ1030SZ（EX3）63

31、Sn/37Pb183300/球形10.50.2600高速贴片用SQ1030SOM63Sn/37Pb183300/球形9.00350免洗用2062506A409.562Sn/36Pb/2Ag178192325/球形9.50330水清洗RHG70220220±5250/无定形15.00.2320±100高熔点用RHG55165135166325无定形15.00.2180±100低熔点用表4.5 几种焊膏的性能4.4.2 助焊剂 助焊剂是SMT焊接过程中不可缺少的辅料。在波峰焊中，助焊剂和合金焊料分开使用，而在再流焊中，助焊剂则作为焊膏的重要组成部分。 焊接效果的好坏，

32、除了与焊接工艺、元器件和印制板的质量有关外，助焊剂的选择是十分重要的。性能良好的助焊剂应具有以下作用：(1)除去焊接表面的氧化物；(2)防止焊接进焊为和焊接表面的再氧化；(3)降低焊料的表面张力；(4)有利于热量传递到焊接区。 应该认识到，助焊剂对保证焊接质量起着关键作用。4.2.2.1 助焊剂的化学组成 传统的助焊剂通常以松香为基体。松香具有弱酸性和热熔流动性，并具有良好的绝缘性、耐湿性、无腐蚀性、无毒性和长期稳定性，是不可多得的助焊材料。 目前在SMT中采用的大多是以松香为基体的活性助焊剂。由于松香随着品种、产地和生产工艺的不同，其化学组成和性能有较大的差异，因此，对松香优选是保证助焊剂质

33、量的关键。 通用的助焊剂还包括以下成分：活性剂、成膜物质、添加剂和溶剂等。1.活性剂 活性剂是为提高助焊能力而加入的活性物质，它对焊剂净化焊料和被焊件表面起主要作用。 活性剂的活性是指与焊料和被焊件表面氧化物等起化学反应的能力，也反映了清洁金属表面的增强润湿性的能力。润湿性强则焊剂的扩展性高，可焊性就好。在焊剂中，活性剂的添加量较少，通常为1%5%，若为含氯的化合物，其氯含量应控制在02%以下。虽然它的添加量少，但在焊接时起很大的作用。 活性剂分为无机活性剂和有机活性剂两种。无机活性剂，如氯化锌、氯化铵等。通常无机活性剂助焊性好，但作用时间长，腐蚀性大，不宜在电子装联中使用；有机活性剂如有机酸

34、及有机卤化物等。有机活性剂作用柔和、时间短、腐蚀性小、电气绝缘性好，适宜在电子装联中使用。2.成膜物质 加入成膜物质，能在焊接后形成一层紧密的有机膜，保护了焊点和基板，具有防腐蚀性和优良的电气绝缘性。常用的成膜物质有楹香、酚醛树脂、丙烯酸树脂、氯乙烯树脂、聚氯酯等。一般加入量在10%20%，加入过多会影响扩展率，使助焊作用下降。在普通家电或要求不高的电器装联中，使用成膜物质，装联后的电器部件可不清洗，以降低成本，然而在精密电子装联中焊后仍要清洗。3.添加剂 添加剂是为适应工艺和工艺环境而加入的具特殊物理和化学性能的物质。常用的添加剂有：(1)调节剂 为调节助焊剂的酸性而加入的材料，如三乙醇胺可

35、调节助焊剂的酸度；在无机助焊剂中加入盐酸可抑制氧化锌生成。(2)消光剂 能使焊点消光，在操作和检验时克服眼睛疲劳和视力衰退。一般用加入无机卤化物、无机盐、有机酸及其金属盐类，如氯化锌、氯化锡、滑石、硬脂酸、硬脂酸铜、钙等。一般加入量约为5%。(3)缓蚀剂 加入缓蚀剂能保护印制板和元器件引线，具有防潮、防霉、防腐蚀性能又能保持优良的可焊性。用作缓蚀剂的物质大多是含氯化合物为主体的有机物。(4)光亮剂 能使焊点发光，可加入甘油、三乙醇胺等，一般加入量约1%。(5)阻燃剂 为保证使用安全，提高抗燃性而加入材料，如2，3-二溴丙醇等。4.溶剂 由于使用的助焊剂大多是液态的。为此，必须将助焊剂的固体成分

36、溶解在一定的溶剂里，使之成为均相溶剂。一般多采用异丙醇和乙醇作为溶剂。 用作助焊剂的溶剂应具备以下备件：(1) 对助焊剂中各种固体成分均具有良好的溶解性。(2) 常温下挥发程度适中，在焊接温度下迅速挥发。(3) 气味小，毒性小。4.4.2.2 助焊剂的分类 助焊剂在波峰焊中，与Sn-Pb焊锡分开使用。而在再流焊中，助焊剂作为焊膏的重要组成部分。现在广泛采用的助剂可以分成两大类：酸系和树脂系，如图4.6所示。由于酸系焊剂腐蚀性强，所以在表面组装的焊接中，通常采用树脂系焊剂。酸系无机酸无机酸（盐酸、氟酸等）无机盐（氯化亚铝等）有机酸有机酸（羧酸，谷氨酸等）有机卤素（氯化胺，苯胺等）树脂系松香系纯松

37、香（R）弱活性松香（RMA，AA） 活性松香（RA，A，B）低残渣型合成树脂 图4.6 焊剂种类1.松香系列焊剂 松香是最普通的助焊剂，其主要成分是松香酸及其同素异形体、有机多脂酸和碳氢化萜。在室温下松香是硬的。最纯的松香叫水白松香，简称WW，它是最弱的非活性焊剂类型。在焊接工艺中，水白松香能去除足够的金属氧化物，而使焊料获得优良的润湿性能。为了改善水白松香的活性，可添加诸如烷基胺卤化物(联胺卤化物)等活化剂，这就出现了如图6.2所示的松香系焊剂。 成分组成含量/%熔点/树脂变性，精制，重合，添水，松脂1530软化80140活化剂胺，苯胺，联氨卤化盐，三羧酸，脂肪酸1315溶剂乙醇类，酮类余量

38、其它界面活性剂，阻化剂，消光剂若干表4.7表示出活性松香焊剂的部分。松香系中的RMA通常以液体形式用于波峰焊接和以焊剂形式用于焊膏。RA型广泛用于工业和消费类电子产品的制造，并常留在产品的电子组件上，如收音机、电视机和电话机等产品。RSA型焊剂，由于其腐蚀剂，由于其腐蚀性和难清洗，所以不能用于任何类型的电路组件上。2.合成焊剂 合成焊剂的主要成分是合成树脂，可根据用途配成不同类型的合成焊剂。主要用于波峰焊中。采用双波峰焊时，由于双波峰焊系统具有很强的焊料擦洗作用，焊接时第一个波峰会洗掉焊料，导致第二个波峰时，由于焊料不足而出现焊料拉尖和断路。采用合成树脂和松香焊剂组成的合成焊剂能解决这些问题。

39、3.有机焊剂 有机焊剂又叫有机酸焊剂，类似于极活性的松香焊剂，可溶于水。这类焊剂属腐蚀性焊剂，并且焊后必须从组件上去除，所以在SMT的应用方面没有前途。但它们已广泛用于普通组件的焊接工艺中。 若按残留物的溶解性能，则可将助焊剂分成三类(图4.8)。无活性（R）类有机溶剂清洗型中等活性（RMA）类活性（RA）类助焊剂无机盐类水清洗型有机盐类有机酸类免洗型图4.8 助焊剂分类 其中，作为替代CFC清洗剂的有效途径是用水清洗助焊剂，已在波峰焊工艺中使用，便焊后清洗液体的排放问题未完全解决。正在研制适用于SMT再流焊的水溶性焊剂配剂的焊膏。 免清洗助焊剂只含有极少量的固体成分，不挥发含量只有1/51/

40、20，卤素含量低于0.01%0.03%中，一般采用合成树脂为基础的焊剂。4.4.2.3 助焊剂的特点 为充分发挥助焊剂的作用，对助焊剂的性能提出了各种要求，主要有以下几方面：(1) 具有去除表面氧化气、防止再氧化物降低表面张和等特性，这是助焊剂必需具备的基本性能。(2) 熔点比焊料低，在焊料熔化之前，助焊剂要先熔化，才能充分发挥助焊剂的作用。(3) 浸润扩散速度比熔化焊料快，通常要求扩展率在90%左右或90%以上。(4) 粘度和比重比焊料小，粘度大会使浸润扩散困难，比重大就不能覆盖焊料表面。(5) 焊接时不产生焊珠飞溅，也不产生毒气和强烈的刺激性臭味。(6) 焊后残渣易于去除，并具有不腐蚀、不

41、吸湿和不导电等特性。(7) 焊接后不沾手，焊后不易拉尖。(8) 在常温下储存稳定。4.4.2.4 助焊剂的选用 表4.9为几种典型助焊剂的特性。MH820VFSW32809LDB-1WS-10BCSF-4日本德国美国北京海门成都固含量/%22132524252838比重0.8400.8270.8600.8350.8400.874扩展率/%96919093±3氯含量/%0.120.010.150.15绝缘电阻/1×10111×10111×10112.6×10151×10111×1011水溶性电阻率/·cm2.2

42、15;1041×1045×1041×104腐蚀性合格合格合格合格合格合格表4.9 典型助焊剂的特性助焊剂的选择一般考虑以下几点：助焊效果好、无腐蚀、高绝缘、耐湿、无毒和长期稳定，但还应根据不同的焊接对象来选用不同的焊剂。(1) 不同的焊接方式需要不同状态的僵焊剂，波峰焊应用液态助焊剂，再流焊应用糊状助焊剂。(2) 当焊接对象可焊性好时，不必采用活性强的助焊剂；当焊接对象可焊性差时必须采用活性较强的助焊剂。在SMT中电子学用的是中等活性的助焊剂。(3) 清洗方式不同，要用不同类型的助焊剂。选用有机溶剂清洗，需和有机类或树脂类助焊剂相匹配；选用去离子水清洗，必需用水洗

43、助焊剂；选用免洗方式，只能用固含量在0.5%3%的免洗助焊剂。4.4.3 清洗剂 焊接和清洗是对电路组件的高可靠性具有深远影响的相互信赖的组装工艺。在SMT中，由于所用元器件体积小、贴装密度高、间距小，当助焊剂残留物呀者其它杂技存留在印制板表面或空隙时，会因离子污染或电路浸蚀而断路，必须及时清洗，才能提高可靠性，使产品性能符合要求。4.4.3.1 清洗剂的化学组成 从清洗剂的特点考虑，选择CFC-113和甲基氯仿作为清洗剂的主体材料比较适宜。但由于纯CFC-113和甲基氯仿在室温尤其在高温条件下能和活泼金属反应，影响了使用和储存稳定性。 为改善清洗效果，常常在CFC-113和甲基氯仿清洗剂中加

44、入低级醇，如甲醇、乙醇等，但醇的加入会引一些副作用，一方面CFC-113和甲基氯仿易于同醇反应，在有金属共存时更加显着，另一方面低级醇中带入的水分还会引起水解反应，由此产生的HCI具有强腐蚀性。表4.10列出了CFC-113类清洗剂在未另稳定剂的情况下，对各种金属的腐蚀情况。清洗剂组成金属腐蚀情况清洗剂外观铁铝铜铅CFC1131d×7d2d×2d×无变化CFC113/乙醇1d×1d×1d×1d×无变化CFC113/二氯甲烷1d×15d>15d>15d无变化CFC113/丙酮1d×1d×

45、;1d9d无变化CFC113/异丙醇1d×5d1d×15d无变化注：×生锈严重，部分生锈，不生锈但金属变色，无变化，d天。表4.10 各种金属浸渍试验 因此，在CFC-113和甲基氯仿中加入各类稳定剂显得十分重要。在CFC-113清洗剂中常用的稳定剂有乙醇酯、丙烯酸酯、硝基烷烃、缩水甘油、炔醇、N-甲基吗啉、环氧烷类化合物。表4.11列出了加与不加稳定剂的清洗剂对金属腐蚀情况的比较。从表中可以看出，加稳定剂的CFC-113清洗剂Freon-TES和F-TYX以及甲基氯仿清洗剂TC-2比不加稳定剂的Freon-TE具有较好的稳定性。清洗剂牌号回流时间/天铝锌镁铸铝铸

46、铁Freon-TE1×××Freon-TES6F-TYX6TC-214注：×严重腐蚀，无变化。表4.11 清洗剂抗腐蚀性试验结果 4.4.3.2 清洗剂的分类 早期采用的清洗剂有乙醇、丙酮、三氯乙烯等。现在广泛应用的是以FCF-113(三氟三氯乙烷)和甲基氯仿为主体的两大类清洗剂。但它们对大气臭氧层有破坏作用，现已开发出CFC的替代产品，使用时应根据助焊剂类型进行选择。1.CFC清洗剂 表4.12和表4.13示出以CFC-113为主要成分的清洗物理特性和组成。它脱脂效率高、对油脂松香及其它树脂有较强的溶解能力，表面张力小，具有较好的润湿性，对金属材料不腐

47、蚀，不会损害元器件和标记，并且易发挥。物理特性Alpha1001Alpha1003FreonTMCFreonTMSGenesolvDTAGenesolvDMSGenesolvDES沸点（760mmHg）/768236.239.734.245.044.4的在沸点的气化潜热/Ib（英热量单位）128100104.090.778.0密度/g·cm-3（a=68°F,b77°F）1.420b1.477b1.404a4.462A1.486a粘度/cP（aa=70°F,b77°F）0.461b-0.538b-0.70a表面张力/dyn（a=75°

48、F,b77°F,C=70°F,d68°F）21.4b17.4b22.1c19.0d19.4a贝壳松脂丁醇值717186451484843表4.12 以CFC-113为主要成分的清洗剂的物理特性共沸混合物/%Alpha1001: 四氯二氟乙烷72 异丙醇28 稳定剂Alpha1003: 四氯二氟乙烷85 n丙醇 15 稳定剂Freon TMC+: 三氯二氟乙烷50.5 49.5Genesolv DTA#: 三氯二氟乙烷50.0 41.7 甲酸3.2溶剂混合物/%Freon TMC+: 三氯二氟乙烷94.05 甲酸5.70 硝基甲烷0.025Genesolv DTA#

49、: 三氯二氟乙烷92.0 甲酸4.0 乙醇2.0 异丙醇1.0 硝基甲烷1.0Genesolv DES#: 三氯二氟乙烷93.5 乙醇3.5 异丙醇2.0 硝基甲烷1.0表4.13 几种普通含氟烃清洗剂的组成2.替代CFC清洗剂 表4.14和表4.15为几种替代技术和替代材料。半水洗溶剂被认为是最有希望的替代材料，而HCFC(含氢氟氯)具有一定毒性。水清洗剂可用于采用水溶助焊剂的场合。工艺设备安全性溶剂可回收性能耗CFC113氯化溶剂水清洗半水清洗醇类清洗HCFC现用现用现用新新新高中高低低中/高可可否否可可低/中中高高中低/中表4.14 几种替代技术与CFC-113的比较材料牌号类型制造公司

50、认可情况943420102004SMTBIOACTEC7Marclean RAxeral 38HCFCHCFCHCFCCFC,含添加剂半水洗半水洗半水洗Du PontAlliedAlliedDu PontAlphaMartin MariettaDu Pont未认可认可认可认可认可认可表4.15 几种替代材料4.4.3.3 清洗剂的特性 一般说来，一种性能良好的清洗剂应当具有以下特点：(1) 脱脂效率高，对油脂、松香及其它树脂有较强的溶解能力。(2) 表面张力小，具有较好的润湿性。(3) 对金属材料不腐蚀，对高分子材料不溶解、不溶胀，不会损害元器件和标记。(4) 易挥发，在室温下即能从印制板上除去。(5) 不燃、不爆、低毒性，利于安全操作，也不会对人体造成危害。(6) 残留量低，清洗剂本身也不污染印制板。(7) 稳定性好，在清洗过程中不会发生化学或物理作用，并具有储存稳定性。4.4.3.4 清洗方式 清洗分为浸泡清洗、超声波清洗、气相洗涤和喷洒清洗等方式。在SMT中应用的清洗常是几种方式结合。清洗从操作方式上分中以是连续式的也可以是间歇式的，可采用手工方式也呆以用自动化机器，从使用的清洗剂来分有溶剂清洗也有水清洗。1.浸泡清洗 将欲清洗