第三章表面组装工艺材料

第三章表面组装工艺材料3.1SMT工艺材料的用途与应用要求工艺材料按用途可以分为两大类用于焊接和贴片的材料：焊料、焊膏、胶黏剂辅助类工艺材料：焊剂、清洗剂、热转换介质等电子装配的核心——连接技术：焊接技术焊接技术的重要性——焊点是元器件与印制电路板电气连接和机械连接的连接点。焊点的结构和强度就决定了电子产品的性能和可靠性。焊接方法（钎焊技术）手工烙铁焊接浸焊波峰焊再流焊软钎焊焊接学中，把焊接温度低于450℃的焊接称为软钎焊，所用焊料为软钎焊料。

软钎焊特点钎料熔点低于焊件熔点。加热到钎料熔化，润湿焊件。焊接过程焊件不熔化。焊接过程需要加焊剂。（清除氧化层）焊接过程可逆。（解焊）

电子焊接——是通过熔融的焊料合金与两个被焊接金属表面之间生成金属间合金层（焊缝），从而实现两个被焊接金属之间电气与机械连接的焊接技术。当焊料被加热到熔点以上，焊接金属表面在助焊剂的活化作用下，对金属表面的氧化层和污染物起到清洗作用，同时使金属表面获得足够的激活能。熔融的焊料在经过助焊剂净化的金属表面上进行浸润、发生扩散、溶解、冶金结合，在焊料和被焊接金属表面之间生成金属间结合层（焊缝），冷却后使焊料凝固，形成焊点。焊点的抗拉强度与金属间结合层的结构和厚度有关。二.锡焊机理锡焊过程——焊接过程是焊接金属表面、助焊剂、熔融焊料和空气等之间相互作用的复杂过程表面清洁焊件加热熔锡润湿扩散结合层冷却后形成焊点物理学——润湿、黏度、毛细管现象、热传导、扩散、溶解化学——助焊剂分解、氧化、还原、电极电位冶金学——合金、合金层、金相、老化现象电学——电阻、热电动势材料力学——强度（拉力、剥离疲劳）、应力集中焊接过程中焊接金属表面（母材）、助焊剂、熔融焊料之间相互作用1.助焊剂与母材的反应（1）松香去除氧化膜——松香的主要成分是松香酸，融点为74℃。170℃呈活性反应，300℃以上无活性。松香酸和Cu2O反应生成松香酸铜。松香酸在常温下和300℃以上不能和Cu2O起反应。（2）溶融盐去除氧化膜——一般采用氯离子Cl-或氟离子F-

，使氧化膜生成氯化物或氟化物。（3）母材被熔融——活性强的助焊剂容易熔融母材。（4）助焊剂中的金属盐与母材进行置换反应。2.助焊剂与焊料的反应（1）助焊剂中活性剂在加热时能释放出的HCl与SnO起还原反应。（2）活性剂的活化反应产生激活能，减小界面张力，提高浸润性。（3）焊料氧化，产生锡渣。3.焊料与母材的反应润湿、扩散、溶解、冶金结合，形成结合层锡焊机理（1）润湿（2）扩散（3）溶解（4）冶金结合，形成结合层润湿角θ焊点的最佳润湿角

Cu----Pb/Sn15~45°

当θ=0°时，完全润湿；当θ=180°时，完全不润湿θ=焊料和母材之间的界面与焊料表面切线之间的夹角（1）润湿液体在固体表面漫流的物理现象润湿是物质固有的性质润湿是焊接的首要条件分子运动润湿条件（a）液态焊料与母材之间有良好的亲和力，能互相溶解。互溶程度取决于：原子半径和晶体类型。因此润湿是物质固有的性质。（b）液态焊料与母材表面清洁，无氧化层和其它污染物。清洁的表面使焊料与母材原子紧密接近，产生引力，称为润湿力。当焊料与被焊金属之间有氧化层和其它污染物时，妨碍金属原子自由接近，不能产生润湿作用。这是形成虚焊的原因之一。分子运动表面张力

表面张力——在不同相共同存在的体系中，由于相界面分子与体相内分子之间作用力不同，导致相界面总是趋于最小的现象。由于液体内部分子受到四周分子的作用力是对称的，作用彼此抵消，合力=0。但是液体表面分子受到液体内分子的引力大于大气分子对它的引力，因此液体表面都有自动缩成最小的趋势。熔融焊料在金属表面也有表面张力现象。大气大气液体内部分子受力合力=0液体表面分子受液体内分子的引力＞大气分子引力表面张力与润湿力熔融焊料在金属表面润湿的程度除了与液态焊料与母材表面清洁程度有关，还与液态焊料的表面张力有关。表面张力与润湿力的方向相反，不利于润湿。表面张力是物质的本性，不能消除，但可以改变。分子运动表面张力在焊接中的作用

再流焊——当焊膏达到熔融温度时，在平衡的表面张力的作用下，会产生自定位效应（selfalignment）。表面张力使再流焊工艺对贴装精度要求比较宽松，比较容易实现高度自动化与高速度。同时也正因为“再流动”及“自定位效应”的特点，再流焊工艺对焊盘设计、元器件标准化有更严格的要求。如果表面张力不平衡，焊接后会出现元件位置偏移、吊桥、桥接、等焊接缺陷。波峰焊——波峰焊时，由于表面张力与润湿力的方向相反，因此表面张力是不利于润湿的因素之一。SMD波峰焊时表面张力造成阴影效应

•熔融合金的粘度与表面张力是焊料的重要性能。

•优良的焊料熔融时应具有低的粘度和表面张力，以增加焊料的流动性及被焊金属之间的润湿性。

•锡铅合金的粘度和表面张力与合金的成分密切相关。配比（W%）表面张力(N/cm)粘度（mPa•s)SnPb20804.67×10-32.7230704.7×10-32.4550504.76×10-32.1963374.9×10-31.9780205.14×10-31.92锡铅合金配比与表面张力及粘度的关系（280℃测试）粘度与表面张力分子运动焊接中降低表面张力和黏度的措施①提高温度——升温可以降低黏度和表面张力的作用。升高温度可以增加熔融焊料内的分子距离，减小焊料内分子对表面分子的引力。②适当的金属合金比例——Sn的表面张力很大，增加Pb可以降低表面张力。63Sn/37Pb表面张力明显减小。

η表

粘面度张

力

T（℃）

1020304050Pb含量%

温度对黏度的影响

250℃时Pb含量与表面张力的关系

mn/m

540520

500

480③增加活性剂——能有效地降低焊料的表面张力，还可以去掉焊料的表面氧化层。④改善焊接环境——采用氮气保护焊接可以减少高温氧化。提高润湿性金属原子以结晶排列，原子间作用力平衡，保持晶格的形状和稳定。当金属与金属接触时，界面上晶格紊乱导致部分原子从一个晶格点阵移动到另一个晶格点阵。扩散条件：相互距离（金属表面清洁，无氧化层和其它杂质，两块金属原子间才会发生引力）

温度（在一定温度下金属分子才具有动能）（2）扩散四种扩散形式：表面扩散；晶内扩散；晶界扩散；选择扩散。PbSn表面扩散向晶粒内扩散分割晶粒扩散选择扩散表面扩散、晶内扩散、晶界扩散、选择扩散示意图Cu表面熔融Sn/Pb焊料侧晶粒

金属间结合层Cu3Sn和Cu6Sn5金属间结合层Cu3Sn和Cu6Sn5放大1,000倍的QFP引脚焊点横截面图以63Sn/37Pb焊料为例，共晶点为183℃

焊接后（210-230℃）生成金属间结合层：Cu6Sn5和Cu3Sn（3）溶解母材表面的Cu分子被熔融焊料融蚀（4）冶金结合，形成结合层（金属间扩散、溶解的结果）什么是润湿过程？本意：固体表面上的一种流体被另一不相混溶流体取代的过程，特别是指用水或水溶液取代表面上气体的过程。

3.2焊料润湿过程可分为三类：沾湿（adhesion）浸湿（immersions）铺展（spreading）（1）浸湿固体浸入液体的过程。固-气界面完全为固-液界面替代。其特征是：固体表面上的气体完全被液体所取代，而气-界面没有发生变化。典型例子：洗衣服时，将衣服浸在水中。（2）沾湿液体与固体由不接触到接触，变液气-界面和固-气界面为固-液界面的过程。典型的例子：粘稠的油滴落在地面上。其特征是：液体在取代固体表面上气体的同时，也减少了相应的气-液界面。（3）铺展以固-液界面取代固-气界面的同时，液滴表面自动展开的过程。典型例子：水滴洒在水泥地上。其特征是：液体在取代固体表面上气体的同时，还因液面的展开，多了一个气-液界面。润湿过程的描述方法：设有一个液滴落在光滑的固体表面上，当液滴在固体表面处于稳定状态时，在三相交界处，自固-液界面经液体内部到气-液界面的夹角就叫做接触角。不同润湿方式与接触角的关系为：浸湿：θ≤90°沾湿：θ≤180°铺展：θ=0°或不存在其中，沾湿在任何接触角时都能发生，浸湿只在θ≤90°时才发生，铺展除了θ=0°外都不发生，因此，要在理论上为润湿给出一个统一的接触角判据是不可能的。关于润湿的定义：习惯上，人为规定，以接触角90°为界，当θ>90°为不润湿；当θ≤90°为润湿。对于沾湿，虽然θ>90°也能发生，但因其润湿表面的程度很小，将它视为不润湿也无妨。原则上，润湿与否的界定不适用于铺展，铺展的条件依然是θ=0°或不存在。例：水滴在干净玻璃板上

例：汞滴到玻璃板上，或水滴到防水布、荷叶上等、关于润湿的分类小结：例：水滴洒在水泥地上焊料的作用：用来连接两种或多种金属表面，同时在被连接金属的表面之间起冶金学桥梁作用的金属材料。原理：润湿两个金属表面，同时在焊料与金属间存在扩散，在界面处形成新的金属合金层，利用合金层的作用将焊料与金属结合成一个整体。指熔化了的焊料借助润湿作用，在被焊金属表面形成一个附着层，使焊料与母材金属的原子相互接近，达到原子引力起作用的距离，我们称这个过程为熔融焊料对金属母材表面的润湿。

良好的润湿是形成良好焊点的先决条件！焊料的润湿过程：一般是用附着在母材表面的焊料与母材的接触角（润湿角）σ来判别优劣。接触角（润湿角）σ：指沿焊料附着层边缘所作的切线与焊料附着于母材的界面的夹角。接触角θ越小，润湿性能越好。如何判断焊料润湿的优劣？如何判断焊料润湿的优劣？Sn-Pb合金二相图铅（Pb）占比温度/oF共晶是指在相对较低的温度下，共晶焊料发生共晶物熔合的现象，是一个液态可同时生成两个固态的平衡反应点。其熔化温度称共晶温度。Sn在Pb中的固溶体，称为α相Pb在Sn中的固溶体，称为β相Pb-Sn合金溶液，称为L相L+α相L+β相共晶点熔点适当低、凝固快、无脆化用良好的浸润作用抗腐蚀性强良好的导电性和机械强度价格便宜且材料来源丰富能满足自动化生产要求对焊料的总体要求：应用注意事项：正确选择温度范围，避免脆化和显著的蠕变现象发生；蠕变：固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。如拉伸橡皮条、岩石的挤压等。蠕变强度：材料在一定温度达到一定恒定应变速率时所需要的应力。该值越小，越容易发生蠕变。

应用注意事项：焊接温度尽量低，时间尽量短，以减少硬而脆的金属化合物的产生；特殊情况下，需要使用低温焊料（如焊接热敏感SMD）或高温焊料（如焊接功率器件）；防止溶蚀现象发生；

溶蚀：被焊接金属会在熔融焊料合金中熔解的现象。解决方法：引脚镀Ni或焊料加银。防止焊料氧化和沉积。氧化（SnO2）导致焊料失效、沉积（Ag）影响焊接设备正常工作。虽然从焊接质量到可靠性，锡铅合金一直是最优质的、廉价的焊接材料。但是，Pb会对环境及人类健康造成危害。

当Pb在人体内达到一定量时，会影响体内蛋白质的正常合成，破坏中枢神经，造成神经和再生系统紊乱、呆滞、贫血、高血压等症状。

铅中毒属重金属中毒，难以排泄，存在逐渐积累的问题。

无铅焊料主要以Sn为主，添加Ag、Zn、Cu、Sb（锑tī）、Bi（铋bì）、In等金属元素。通过焊料合金化来改善合金性能，提高可焊性。无铅焊料1991年和1993年：美国参义院提出“ReadBill”，要求将电子焊料中铅含量控制在0.1%g下，遭到美国工业界强烈反对而夭折。1998年：日本修订家用电子产品再生法，驱使企业界开发无铅电子产品。2000年1月：Sn-3.9Ag-0.6Cu用于再流焊，Sn-0.7Cu或Sn-3.5Ag用于波峰焊。2000年6月：美国IPCLead-FreeRoadmap第3版发表，建议美国企业界于2001年推出无铅化电子产品，2004年实现全面无铅化。无铅焊料发展历程2000年8月：日本JEITALead-FreeRoadmap1.3版发表，建议日本企业界于2003年实现标准化无铅电子组装。2003年2月13日，欧洲议会与欧盟部长会议组织，正式批准WEEE和RoHS的官方指令生效，强制要求自2006年7月1日起，在欧洲市场上销售的电子产品必须为无铅的电子产品。（个别类型的电子产品暂时除外）。2003年3月，中国信息产业部提议自2006年7月1日起投放市场的国家重点监管目录内的电子信息产品不能含有Pb。无铅焊料发展历程Sn－Ag二元合金

Sn－Ag系焊料作为锡铅替代品已在电子工业使用了多年。典型的组成比例是Sn96.5-Ag3.5，其熔点为221℃。这种焊料所形成的合金组织是由不含银的纯β－Sn和微细的Ag3Sn相组成的二元共晶组织。添加Ag所形成的Ag3Sn因为晶粒细小，对改善机械性能有很大的贡献。随着Ag含量的增加，其屈服强度和拉伸强度也相应增加。从强度方面来说，添加1-2％以上的Ag就能与Sn-Pb共晶焊锡相同或者超过它。添加3％以上的Ag，强度值显著比Sn-Pb共晶焊锡要高，但超过3.5％以后，拉伸强度相对降低。Sn-Ag-Cu三元合金

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，而且添加Cu以后，能够减少所焊材料中铜的浸析。Sn－Ag－Cu无铅焊料是目前被认为最接近实用化的Sn－Pb焊料替代品，也是目前无铅焊料得首选。典型的组成比例是Sn3.0Ag0.5Cu，熔点为216~217℃。Sn与次要元素Ag和Cu之间的冶金反应是决定应用温度、同化机制及机械性能的主要因素。在这三元素之间有三种可能的二元共晶反应。在温度动力学上Sn更适合与Ag或Cu反应，来形成Ag3Sn或Cu6Sn5金属间化合物。Ag3Sn细微结晶具有相当长的纤维状组织。Ag与Cu一样也是几乎不能固溶于β-Sn的元素。较硬的Ag3Sn和Cu6Sn5粒子在锡基质的锡银铜三重合金中，可通过建立一个长期的内部应力，有效地强化合金。这些硬粒子也可有效地阻挡疲劳裂纹的蔓延。Ag3Sn和Cu6Sn5粒子的形成可分隔较细小的锡基质颗粒。Ag3Sn和Cu6Sn5粒子越细小，越可以有效地分隔锡基质颗粒，结果是得到整体更细小的微组织。这有助于颗粒边界的滑动机制，因此延长了提升温度下的疲劳寿命。Sn3.0Ag0.5Cu焊点中Sn先结晶，以枝晶状（树状）出现，中间夹Cu6Sn5和Ag3Sn。当Cu含量在0.5~1.3﹪，Ag含量在3.0~3.5﹪时可以得到比较好的合金性能。Sn－Cu系焊料合金

Sn－Cu系合金中的合金化合物比较复杂，在共晶点处可以看作Sn-Cu6Sn5的二元合金，熔点为227℃。该合金不含Ag、价格低，现在主要在重视经济的单面基板波峰焊方面广泛使用。由于Cu6Sn5不像Ag3Sn那样稳定，所以在微细共晶组织在100℃保持数十小时就会消失，变成分散的Cu6Sn5颗粒的粗大组织同时在Cu和Cu6Sn5之间会生成Cu3Sn。因此Sn-Cu系焊锡的高温保持性能和热疲劳等可靠性比Sn-Ag系合金差。为了细化该合金中的Cu6Sn5相，曾经尝试添加微量的Ag、Ni、等元素。仅仅添加0.1﹪的Ag，即可使塑性提高50﹪。另外，添加Ni具有减少焊锡渣量的效果，已经逐渐稳定地用作波峰焊生产使用的焊锡。Sn－Zn系列

Sn－Zn系无铅合金的典型组成比例为Sn8.8Zn，熔点是199℃，被认为是最有发展潜力的无铅焊料。Sn、Zn元素以固溶体的形式构成合金，说明了Sn－Zn有较好的互熔性。Zn能均匀致密的分散在Sn中。但由于存在润湿性和抗氧化性差等问题曾被认为是一种并不理想的无铅焊料。近年来对Sn－Zn系合金润湿的研究取得了明显进展，在Sn－Zn中添加Bi焊料是目前研究较为广泛的无铅合金材料。Bi是一种表面活性元素，在熔融状态下，Bi元素能够向溶体表面富集，导致合金的表面张力减小。因此，Bi的加入提高了合金的润湿性能，研究表明在Sn－8.8Zn为共晶合金的基础上加入Bi虽然提高了合金的润湿性，但往往伴随着焊料力学性能的下降，通过调节合金中Zn的含量，能够减少初生Zn相的生成，在提高润湿性（缩短润湿时间）的条件下降低由于Bi的加入带来的力学性能恶化效果。Sn8Zn3Bi合金是一种典型的Sn－Zn系无铅焊料，其润湿性、热学特性、力学性能等性能匹配良好。对于防止Sn－Zn系焊料的抗氧化一般可以通过在焊料中添加微量金属的办法来解决。Sn－Bi系焊料合金

Sn－Bi系合金是典型的低熔点无铅焊料，Sn-Bi熔点为139℃。Bi是除Pb以外离Sn较近元素，Bi是元素周期中排在第Ⅴ主族（氮族）元素的末位，Bi的非金属性明显比Pb强，Bi是菱状晶体（类似金属晶体），具有脆性，在Sn合金里添加Bi的焊锡，可以形成从共晶点的139℃到232℃的熔化温度范围非常宽的合金。该合金形成化合物，并且共晶成分形成单纯的共晶组织。然而基体中固溶大量的Bi是别的合金所没有得特色。Sn-Bi共晶合金应用于主板封装已经超过20年。SnBi合金的导电/导热性能不及SnPb合金，Bi与Sn有较好的互熔性，但Sn-Bi合金硬度高，延伸性低，不能拉成丝。在Sn-58Bi中添加Ag具有改善该合金塑性的效果，其延伸率的变化非常明显。随Ag量的增加，在0.5wt﹪Ag出现延伸率的峰值。但是含Bi焊料在遇到含铅合金包括元器件端焊头重的铅以及PCB焊盘中的含铅涂层时，其焊点强度会明显下降，产生这种现象的原因之一是Sn、Pb、三元素混熔后会形成Sn-Pb-Bi三元共晶析出，该合金的熔点仅为97℃左右。因此含Bi的焊料一定要杜绝Pb的存在。定义：合金焊料粉末和触变性的焊剂系统均匀混合的乳浊液。作用：在常温下，焊膏可将电子元器件初步粘在既定位置。当被加热到一定温度时，随着焊剂的挥发，合金焊料粉末被熔化，从而将被焊元器件和焊盘互联在一起，冷却形成永久连接的焊点。3.4

焊膏焊膏的组成和功能焊膏的特性与影响因素焊膏是一种特殊的流体，属于触变流体；焊膏的黏度在恒定剪切力下持续减小，即在印刷刮板的行程末端，焊膏就粘不到刮板上了。恒定剪切率下的黏度变化黏度=剪切应力/剪切率触变流体：在恒温恒压和恒剪切速率作用下剪切应力（或者黏度）随时间递减的流体。牛顿流体：只要该流体受力（无论大小）则马上可以流动，且其黏度只与温度和压强有关，与流体所受的力及运动状态等无关。例如，水就是一种牛顿流体。焊膏的熔点与焊接温度主要取决于合金焊料粉末的成分和配比焊膏的其他特性：印刷特性——印刷工艺对黏度的影响焊膏的黏度——与转速（剪切力）、金属含量、粉末颗粒和环境温度等均有关。焊膏的金属组成

焊膏金属的百分含量会影响焊膏的扩展空间、焊缝的大小和厚度等；增加金属百分含量有助于控制焊缝的体积；典型值75%-90%。焊料粉末颗粒的尺寸

焊料颗粒以球型为宜，总表面积大，一致性好。且要与SMD相匹配。焊膏的其他特性：SMT工艺对焊膏的要求保存稳定性好；印刷时，易脱模，不坍塌；黏度适当，保持时间长；熔融状态下，有较好的润湿性能；焊剂具有高绝缘性和低腐蚀性；易于清洗，焊接强度高；减少焊料的飞溅和焊料球的产生。焊料球常见于元器件引脚周围以及在引脚和焊盘的间隙等地方，有些也出现在离焊点很远的位置。它们一般成群地，离散地，以小颗粒状出现。其产生的主要原因是在金属焊点的形成过程中，熔融的金属合金的飞溅所致。SMT工艺对焊膏的要求焊膏的发展方向与SMD器件和组装技术的发展相适应——要求焊膏颗粒更小、尺寸更均匀；——较强的焊接黏度、更低的焊接温度等。环保要求越来越高——水溶性焊膏清洗技术；——免清洗焊膏的应用；——无铅焊膏的开发。为什么要使用焊剂？由于金属表面同空气接触后都会生成一层氧化膜，温度越高，氧化层越厚。这层氧化膜阻止液态焊锡对金属的浸润作用，犹如玻璃上沾上油就会使水不能浸润玻璃一样。因此，必须采用一种特殊的物质清除氧化膜以及焊点上的污染物。3.3助焊剂

助焊剂是一种促进焊接的化学物质。在焊接过程中，它是一种不可缺少的辅助材料，其作用极为重要。助焊剂通常是以松香为主要成分的混合物，是保证焊接过程顺利进行的辅助材料。焊接是电子装配中的主要工艺过程,助焊剂的主要作用是清除焊料和被焊母材表面的氧化物,使金属表面达到必要的清洁度。它防止焊接时表面的再次氧化,降低焊料表面张力,提高焊接性能。1.助焊剂的作用－润湿荷叶表面的水珠液体—固体表面漫流－润湿表面张力—附着力1.助焊剂的作用（助焊剂的作用）自然界中除纯金和铂外，置放在空气中的所有金属在室温下都会产生氧化，表面形成氧化层。防碍焊接的发生。三个作用：清除金属表面的氧化层保持干净表面不再氧化热传导助焊剂的特性

a.能快速去除表面氧化物，防止再氧化，降低表面张力。

b.焊剂的熔点比焊料低，在焊料熔化前，焊剂可充分发挥助焊作用；

c.焊剂的表面张力要比焊料小，润湿扩展速度比熔融焊料快，扩展率>85%；

d.黏度和比重比熔融焊料小，容易被置换.助焊剂的比重可以用溶剂来稀释，一般控制在0.82～0.84；

e.焊接时不产生焊珠飞溅，不产生毒气和强烈的刺激气味，有利于保护环境；f.焊后残留物少，易去除，并且基本无腐蚀、不吸湿，不导电、不粘手；g.免清洗型助焊剂要求固体含量＜2.0wt%,不含卤化物，焊后残留物少，不产生腐蚀作用，绝缘性能好，绝缘电阻＞1×1011Ω；h.水清洗、半水清洗和溶剂清洗型助焊剂要求焊后易清洗；i.常温下储存稳定。a.按焊剂状态分：液态、糊状、固态三类。b.按焊剂活性大小分：低活性（R）、中等活性（RMA）、高活性（RA）和特别活性（RSA）。c.按焊剂中固体含量分：低固含量≤2%、中固含量＞2.0，≤5、高固含量＞5。d.按活性剂类别分：松香、有机酸焊剂、有机胺卤化物焊剂、水溶性酸类焊剂、有机酸焊剂。e.按焊剂主要化学成份分：无机焊剂、有机焊剂和树脂焊剂。f．按焊剂残留物溶解性能分：树脂型（有机溶剂清洗型）、水溶型和免清洗三类。2.助焊剂的分类无机系列焊剂 无机系列焊剂通常使用活性剂为无机盐和无机酸，其特点是活性大，腐蚀性较大，能够用水清洗，一般SMT中几乎不用。有机系列焊剂 有机系列焊剂包括有机酸、有机胺、有机卤化物等物质。其活性相对较弱，但具有活性时间短，加热迅速分解、留下残留物基本上呈惰性、吸湿性也小，电绝缘性能好等特点，有利用于采用溶剂或水清洗。树脂系列焊剂 树脂系列焊剂由松香或合成树脂材料添加一定量的活性剂组成，其助焊性能好，而树脂可起成膜剂的作用，焊后残留物能形成一致密的保护层，对焊接表面具有一定的保护性能。

焊剂免清洗低活性（R）类中等活性（RMA）类全活性（RA）类无机酸及盐类有机酸及盐类有机胺及盐类有机溶剂类无挥发性有机化合物（VOC类）树脂型水溶性(有机溶剂清洗型)3.助焊剂的组成通常焊剂的组成包括以下成份：活性剂、成膜剂、添加剂和溶剂。a.活性剂活性剂是为了提高助焊能力而加入的活性物质，它对净化焊料和被焊件表面起主要作用。在焊剂中活性剂的添加量较少，通常为1%～5%，通常无机活性剂助焊性能好，但作用时间长，腐蚀性大，不宜在SMT中使用。有机型水溶性活性剂，焊剂低温时活性较小，焊后腐蚀性小，易于清洗。b.成膜剂 焊剂中加入成膜剂，能在焊接后形成一层紧密的有机膜，保护焊点和基板，使其具有防腐蚀性和优良的电绝缘性。常用的成膜剂有天然树脂、合成树脂及部分有机化合物。如松香及改性松香、酚醛树脂和硬脂酸脂类等。 一般成膜剂加入量为10%～20%，甚至高达40%，加入量过大会影响扩展率，使助焊作用下降，并在PCB上留下过多的残留物。c.添加剂添加剂是为了适应焊接工艺和工艺环境的需要而加入的具有特殊物理和化学性能的物质。 通常加入的添加剂有：PH调节剂和润湿剂、光亮剂、消光剂、缓蚀剂、阻燃剂、发泡剂等。

•PH调节剂可降低焊剂的酸性；

•润湿剂的作用是加大焊料和被焊件之间的润湿性，增强可焊性。

•为了使焊点光亮，可添加少量光亮剂，光亮剂的添加量不宜太多，应控制在2%以下。

•在焊剂中加入消光剂，使焊点消光，这对组装密度高的产品尤为重要，可克服检验时眼睛的疲劳，特别是在自动化生产中，不因视觉错误而影响产品的质量检验。消光剂的量应控制在5%以下。•焊剂中加入缓蚀剂，能保护PCB和元器件引线，使之具有防潮、防盐雾、防腐蚀性能，又保持良好的可焊性。缓蚀剂一般添加量在1%以下。•为保证焊剂存放及使用安全，需加入降低其易燃性的物质。•在焊剂采用发泡涂布的场合，需加入发泡剂。d.溶剂

SMT中通常使用液态焊剂，为此，必须焊剂组成中的固体或液体成分溶解在溶剂里，使之成为均相溶液。常用的溶剂有：乙醇、异丙醇、水等。水溶性助焊剂的溶剂可以是水，也可以是低级脂肪酸（乙醇、异丙醇）等有机溶剂。焊接时若水分未挥发干净，在焊料槽中会产生焊料飞溅。而以乙醇或异丙醇作溶剂的水溶性焊剂不会出现这种现象。（1）外观：透明（免清洗）、无沉淀物、混浊、分层现象。（2）发泡能力：松香型焊剂固体含量大于5％。免洗焊剂采用喷射。（3）扩展率（焊剂活性能力指标）：

R≥75％；RMA≥80％；RA≥90％；低固态免清洗≥80％

4、焊剂性能指标（4）相对润湿力（焊剂活性能力指标）：采用润湿平衡测试仪（可焊性测试仪）进行测试，属于定量性。（5）焊后残渣干燥度：免清洗工艺用，避免残渣吸附过多污染物。方法：焊后1.5小时，白垩粉－PCB－毛刷－无残留。（6）固体含量：松香型≥15％；水溶性8％～10％；免清洗1％～3％（7）卤素含量：无溶剂焊剂中卤素含量的％。焊剂的腐蚀性是考核焊剂的重要指标，首先考虑卤素含量。

R型／RMA：不应使络酸银试纸变白或浅黄。

RA型：0.07％～0.2％。免清洗：无（8）水萃取液的电阻率（Ω.cm）：焊剂在水溶液中的电阻率。焊剂在水溶液中的会电离出各种离子而导致水电阻率降低，特别是卤素含量超过0.2％时，明显降低。反映焊剂好坏。R型／RMA≥5＊105；RA≥5＊104。（9）铜镜腐蚀：铜镜70－80nm涂覆焊剂24小时，铜层的腐蚀情况。直接反映焊剂的腐蚀强弱。

R：无变化，RMA：焊剂不应使铜膜有穿透性腐蚀。（10）绝缘电阻：将焊剂涂覆到PCB上，高温、高湿环境中放置一段时间后测绝缘电阻，从而评估焊剂的抗电强度。

R型／RMA／免清洗：1＊1012（一级），1＊1011（二级）RA1＊1011（一级），1＊1010（二级）5.常用焊剂介绍常见的四种类型助焊剂：松香型、水溶性、低固含量免清洗、无VOC焊剂。（VOC－挥发有机化合物－对臭氧层破坏）松香型焊剂：松香焊剂分为以下几种类型

松香焊剂无活性松香型（R）焊剂中等活性松香型（RMA）焊剂全活性松香型（RA）焊剂•无活性松香焊剂，就是将纯松香溶于乙醇或异丙醇等溶剂中组成的焊剂，它的助焊性能较弱，腐蚀性较小，残留物基本上无腐蚀，留在基板上形成一层保护膜，但有时有粘性和吸湿性，一般不清洗。•中等活性焊剂由松香加活性剂组成。活性剂通常为有机酸、有机碱或有机胺盐。有时三种同时使用效果更好。中等活性焊剂助焊性比无活性焊剂强，残留物腐蚀性比R型大，一般焊后需清洗。若所用活性剂中不含卤素或含量极低，采用活性比普通松香小的改性树脂作成膜剂，且组装产品要求不高，焊后也可不清洗。•活性松香焊剂与中等活性松香焊剂相似，也是松香加活性剂。但活性剂比例更高，活性更强，腐蚀性显著增强，焊后必须清洗。b.水溶性助焊剂 水溶性助焊剂的最大特点是焊剂组份在水中溶解度大，活性强、助焊性能好，焊后残留物可用水清洗。水溶性焊剂分为两类：一类是无机型水溶性焊剂，另一类是有机型水溶性焊剂。水溶性焊剂由活性剂、成膜剂、添加剂和溶剂组成。水溶性焊剂具有以下特性：助焊性较强，能适应各种元器件引线的焊接，去氧化能力强于松香型和免清洗焊剂。焊后残留物易于水清洗，且不污染环境。清洗后PCB满足洁净度要求，不腐蚀、不降低电绝缘性能。贮存稳定，无毒性。

使用水溶性焊剂应注意的问题：在使用过程中，需经常添加专用的稀释剂调节活性剂浓度，以确保良好的焊接效果。由于水溶性焊剂不含松香树脂，锡铅合金焊料的防氧化更为必要。焊料防氧化剂必须具有水溶性。采用纯度较高的离子水清洗，温度以45℃～60℃为宜，有时可达70℃～80℃焊接的PCB板经水清洗后要用离子净度仪测定其离子残留量，考核水清洗效果是否达到要求。c.免清洗助焊剂 免清洗助焊剂是指焊后只含微量无害焊剂残留物而无需清洗组装板的焊剂。 从保护臭氧层和满足SMT高密度组装的需要出发，采用免清洗焊剂的焊接技术是解决上述问题最有效途径。 免清洗焊剂必然是固含量低的焊剂，一般在2%以下，最高不超过5%，这类低固含量的免清洗焊剂由于焊后残留物极少，无腐蚀性，具有良好的稳定性，不经清洗即能使产品满足长期使用的要求。免清洗焊剂应符合以下要求：可利用浸渍、发泡、喷射或喷雾等多种方式涂布。与元器件、PCB所用材料及现有设备配伍性好。无毒性、气味小、操作安全、焊接时烟雾少、不污染环境。可焊性好，焊接质量高，不致因焊剂质量造成虚焊、漏焊、竖碑、桥接、拉尖和焊料球等焊点缺陷，焊点疵点率低。焊后残留物极少，组装板板面干净，色浅、无粘性、无腐蚀性、具有较高的耐湿性和表面绝缘电阻。焊后组装板离子残留物要符合免清洗洁净度要求。具有较长的贮存期，一般为一年以上。室温放置时不会随温度变化而出现沉淀或分层等现象，具有良好的稳定性。

d.无挥发性有机化合物（VOC）的免清洗焊剂 近年来已开发出新一代无VOC免清洗助焊剂，以去离子水代替醇作为溶剂，再加入活性剂、发泡剂、润湿剂、非VOC溶剂等按一定比例配制。 水基无VOC免清洗助焊剂对波峰焊的预热过程提出了新的要求。如果在波峰焊前，水未完成挥发，当接触熔融焊料时会引起焊料飞溅，且可能在通孔的焊点上吹出穿洞。低残渣助焊剂与传统松香型助焊剂的区别。(低残渣免清洗助焊剂介绍)A.概念的区别传统松香助焊剂如Rosin（R）、RMA(RosinMildlyActivated)、RA(RosinActivated)。

尽管免清洗和低残留的术语可以互换，遍及整个电子工业，但实际上他们完全不同，低残留是和助焊剂成份有关，免清洗是与装配有关，免清洗免去了去除助焊剂残留物的清洗步骤，免清洗步骤通常包含低残渣助焊剂的使用，以便省略去除焊剂残留物的步骤。焊接后遗留的助焊剂残留物一定不能影响电性能，并形成一层有益涂层。

B.固体含量的不同典型的松香基助焊剂的成份包括35％的松香、5％的活性剂以及60％其他添加物。固体含量总数为40％。而在低残留助焊剂中固体含量仅在0.5％～4％之间，这种较少的固体含量的助焊剂，焊后其残渣遗留在PCB上。作为免清洗工艺的过程，这是非常防护。但对焊接能力差的零件的焊接将更艰难，这导致需要改善焊接元件的处理和储存，要保证足够的焊接能力。

C.活性剂的卤素含量在免清洗工艺中活性剂的类型是非常重要，以决定被使用的助焊剂类型。RA或一些RMA助焊剂，典型地使用含卤素的轻度活性剂，这些活性去除氧化层非常有效,改善润湿性，提高部件引脚的焊接能力。然而，这种含卤素的助焊剂残留物，暴露在水、潮湿或水的环境下，在板上就可形成腐蚀性酸，降低可靠性。这些残留物也能变成电导体，并影响电性能，因此卤素残留物需要清洁，防止腐蚀问题。

大多数免清洗助焊剂是无卤素的，以便减少腐蚀问题，所使用的低残留助焊剂都是微弱的有机酸，这种助焊剂残留物对PCB装配是无害的。

6.助焊剂的选用要根据产品对清洁度和电性能的具体要求进行选择：

a.一般情况下军用及生命保障类如卫星、飞机仪表、潜艇通信、保障生命的医疗装置、微弱信号测试仪器等电子产品必须采用清洗型的助焊剂；

b.通信类、工业设备类、办公设备类、计算机等类型的电子产品可采用免清洗或清洗型的助焊剂；

c.一般家用电器类电子产品均可采用免清洗型助焊剂或采用RMA（中等活性）松香型助焊剂可不清洗。

二、粘结剂(贴片胶)施加贴片胶工艺目的贴片胶的分类及其组成

貼片胶的性能指标及其评估常用贴片胶1.施加贴片胶工艺目的当表面贴装元件与插装元件混装，且分布于PCB的两边时，一般采用在贴装元件的一面点胶（或刮胶）、贴片、固化然后翻面、插件、过波峰焊这种工艺，所以施加贴片胶的目的之一是用贴片胶把表面贴装元件暂时固定在PCB的焊盘位置上，防止在传递过程中或插装元器件、波峰焊等工序中元件掉落。另外还有一目的是在双面再流焊工艺中，为防止已焊好元件面上大型器件因焊料受热熔化而掉落，也需要用贴片胶起作辅助固定作用。

贴片胶应用在当今的许多电路板设计中，表面安装CHIP元件被安排在板的底部，通孔元件以及拉动表面安装元件安排在板的顶部，这种情况我们称作混装技术装配，而在板的两面只有表面安装元件，我们称作表面安装装配。对于混装技术装配，底部的CHIP元件需要胶的涂布，以便在随后的贴片和波峰焊工序中元件不掉下来。对于双面表贴工艺，焊料的表面张力足够保持底边的CHIP元件在再流焊时不掉，但是，当大的元件在底部通过再流焊时，焊料的表面张力不足以保持元件不掉，这种类型的元件也需要施加贴片胶。

2.贴片胶的分类及其组成

贴片胶的分类贴片胶按照分类方式的不同，有三种分类如下：

（1）按贴片胶的粘结材料分类：

•

环氧树脂贴片胶

•丙烯酸树脂贴片胶

•改性环氧树脂贴片胶

•聚氨脂贴片胶

（2）按固化方式分类：

•热固化型贴片胶

•光固化型贴片胶

•光热双重固化型贴片胶

•超声固化型贴片胶（3）按涂布方式分类：

•针式转移用贴片胶

•压力注射用贴片胶

•模板印刷用贴片胶

贴片胶的组成材料贴片胶通常由粘接材料、固化剂、填料以及其他添加剂组成。粘接材料--核心，一般采用环氧树脂、丙烯酸树脂、改性环氧树脂和聚氨脂等作为粘接材料，其中环氧树脂用途最为广泛，其次为丙烯酸树脂。固化剂的作用是使粘接材料以一定的温度在一定的时间内进行固化。填料的加入改善了貼片胶的某些特性，如电绝缘性能和高温性能得到增强

貼片胶中除粘接材料、固化剂、填料外还需有其它添加剂来实现不同的目的，常用的添加剂有颜料、润湿剂和阻燃剂。

3.貼片胶的性能指标及其评估

貼片胶的性能指标是评估各种貼片胶质量优劣的具体依据。了解貼片胶的性能就能在生产中对所施加的贴片胶进行选择。粘度:贴片胶的一项重要指标，不同的粘度适用于不同的涂敷工艺。影响貼片胶粘度的因素有二个：第一温度，温度越高，貼片胶的粘度越低；第二压力，压力越大，貼片胶的剪切速率越高，粘度越低，粘度

屈服强度

贴片胶固化前抵抗外力破坏的能叫屈服强度，它用屈服值来表征。当外力小于屈服强度时，贴片胶仍保持固态形状，当外力大于屈服强度时会呈现流体的流动行为。故贴片胶依靠屈服强度保持元件贴装后进入固化炉之前的过程中承受一定的外力震动而不出现位移，一旦外力大于屈服强度，则元件出现位移。影响屈服强度的因素，不仅与贴片胶本身的品质、粘接物表面状态有关，而且与贴片胶涂布后的形状有关，常用形状系数表示，即胶点的底面积直径W与胶点高度H之比。形状系数越高，屈服强度越低。最佳W/H比为2.7~4.5。

涂布性

贴片胶的涂布性，主要反应在通过各种涂敷工艺所涂敷的胶点其尺寸大小、形状是否合适，胶点是否均匀一致。胶点的形状和一致性取决于胶剂的流变学特性：屈服点与塑性粘度。贴片胶的涂布性可以通过实际的涂敷工艺反映出来。在压力注射点胶工艺中，貼片胶的涂布性反映在胶点外观光亮、饱满、不拉丝、无拖尾，并有良好的外形和适宜的几何尺寸。在模板印刷中其涂布性反应在胶点的理想形状和实际形状基本一样，胶点挺括，不塌陷。

粘接强度

粘接强度是貼片胶的关键性能指标。粘接强度有几个方面的要求：第一，在元件贴装后固化前，元件经历传输、震动后貼片胶能保持元件不位移。第二，元件固化后貼片胶保持元件具有足够的粘接强度和剪切强度。

第三，在波峰焊时,固化后的貼片胶具有能保证元件不位移、不脱落的粘接强度。第四，波峰焊后的貼片胶，已完成粘接使命，当SMA出现元件损坏时，要求貼片胶在一定温度下，其粘接力很低，便于更换不合格的元器件，而不影响PCB的性能。

4.常用貼片胶常用貼片胶有两大类：环氧树脂贴片胶和丙烯酸类貼片胶。下面分别介绍。（1）环氧树脂贴片胶

环氧树脂贴片胶是SMT中最常用的一种貼片胶。其成分主要由环氧树脂、固化剂、填料以及其他添加剂组成。环氧树脂贴片胶的固化方式以热固化为主。

环氧树脂属热固型、高粘度粘接剂，可以做成液态、膏状、薄膜和粉剂等多种形式。热固型粘接剂固化后再加热也不会软化，不能重新建立粘接连接。热固性又可分为单组分和双组分。单组分环氧树脂贴片胶其树脂和固化剂混合在一起，它使用方便，质量稳定，但要求冷藏保存和高温快速固化，以加快其聚合反应速度，一般在带有空气循环的普通固化炉内进行固化。双组分环氧树脂貼片胶其树脂和固化剂分别包装，使用时，将环氧树脂和固化剂充分混合引起环氧固化和聚合反应而使貼片胶固化。这种貼片胶保存条件不苛刻，但使用时的配比常常不准，影响性能，目前很少用。

（2）丙稀酸类貼片胶

丙稀酸类貼片胶是SMT中常用的另一大类貼片胶其成分主要由丙烯酸类树脂、光固化剂和填料组成。属光固化型的貼片胶。丙稀酸类树脂也属热固型粘接剂，常用单组分系统。其特点是性能稳定，固化时间短且固化充分，工艺条件容易控制，储存条件常温避光存放，时间可达一年，但粘接强度和电气性能不及环氧型高。

六、清洗剂1.污染物的种类2.清洗机理与溶剂的