锡膏主要由金属粉未、助焊剂均匀混合组成.根据用途不同,金属粉未通长由锡(Sn)、铅(Pb)银锡膏主要由金(Ag)、铜(Cu)、铟(In)等两种或两种以上的金属组成的混合物,金属粉未的细度通长在20um~75um之间.金属粉未是锡膏中的主要成份,也是装联焊接后的存留物.金属颗粒占整个锡膏体积的50%,约占锡膏总质量的90%左右.助焊剂是金属粉未的载体,它由活性剂、松香、溶剂、触变剂和悬浮剂等组成,其作用是:
活性剂:去除金属表面的氧化物
松香: 1)清除焊盘与锡膏本身的氧化层
2)保护焊接后的合金不再氧化
3)减少焊接中焊料表面的张力,促进焊料的润湿和扩散.
溶剂:溶解锡膏中的固形成份,给锡膏带来流动性.
触变剂:防止锡粉颗粒的分部,提高锡膏的印刷性,可降低锡膏印刷时的粘度.
高可靠性锡膏成份与特性的分类
2.锡膏的使用注意事项
在印刷过程中对锡膏的选用是很重要的环节,选择锡膏应注意以下几点:
2.1锡膏的金属成份和含量
根据工艺的要求和零件能承受的温度来选择不同熔点的锡膏,锡膏的熔点由合金成份来决定.对于smt来说,一般选择Sn63、Sn62、Sn60的合金,它的熔点在179~184之℃间.目前我们使用的锡膏主要是Sn63/Pb37合金,这种合金最大的优点就是共晶.在温度达到183℃时,会毫不拖泥带水的成为液态锡,中间不存在固液态共存的现像.可有效的减少两端焊锡拉力失衡现像.
锡膏中金属含量决定焊接合金的尺寸.随着金属含量的增加.焊接合金的尺寸也在增加.但是在相同的粘度下,随着金属含量的增加,焊料的短路和桥接也相对增加.
金属含量对回流后合金的影响
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厚度(英寸)
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金属含量% 锡膏 回流焊后合金
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90 0.009 0.0045
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85 0.009 0.0035
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80 0.009 0.0025
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75 0.009 0.0020
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回流焊接后要求焊端与焊盘焊接要牢固.焊量饱满并在零件焊端方向上有1/3~2/3的爬锡高度.为了满足焊点焊锡量的要求,通长选用85~92%的锡膏,锡膏内金属的含量在90%左右时,使用的效果最好.
2.2锡膏的金属粉未形状
锡膏的金属粉未是在惰性气体中将熔融的焊料雾化而制成的微细粒状金属.锡膏中金属粉未的颗粒有三种形状:即球形、近球形和不定形,.
在相同的质量下,球形的表面积是最小的.表面积越小被氧化的可能性便越小,越小的氧化便对焊接越有利.不定形颗粒没有明显的形状和细度,这种锡膏有较大的表面氧化比,故焊接性能较差,近球形则介于两者之间.所以应选择球形或近球形的锡膏.
2.3锡膏的金属颗粒的尺寸
锡膏颗粒的大小对焊接有极大的影响,尺寸大的情况下颗粒之间存在的间隙随之增大,充填间隙的助焊液比例也会增加.这有助于焊接时更好的去除氧化物,但是金属含量不足会对吃锡造成影响.金属颗粒比较小时,颗粒之间排列比较紧密,金属含量增加对锡膏的印刷以及形成合金会有帮助,但是金属表面积也会增加,氧化物也随之增加.颗粒越细对锡膏印刷性有利,因间隙小,细颗粒内的助焊剂含量比大颗粒的要少.锡膏颗粒尺寸的大小是通过网目数决定的,单位内的网目数量越多颗粒越细.锡膏分类和网目及尺寸
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类型 网目 尺寸
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Ⅰ类 -100/+200 100目(150um) 0.0059 "
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Ⅱ类 -200/+325 200目(75 um) 0.0030"
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Ⅲ类 -325/+500 325目(45um) 0.0018"
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Ⅳ类 -400/+500 400目(38um) 0.0015"
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Ⅴ类 -500/+635 500目(25um) 0.0010"
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600目(20um) 0.0008"
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颗料越大,充填间隙的助焊液越多,还原氧化的能力也越好.颗粒越小,总的表面积越大,颗粒排列越紧密,助焊剂相对会少一些,对焊接时还原氧化物比较不利.
数种适合细间距印刷用锡粉的颗粒尺寸与测试结果
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测试 38~63um 38~45um 22~45um 20~38um
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印刷间距 0.5mmP O O O O
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0.4mmP X O O O
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0.3mmP X X O O
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扩散率(%) 93.4 93.4 93.7 93.7
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锡球(数)* 0.64 0.35 0.53 3.50
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氧化物含量(ppm) 40 60 70 100
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热(预烤)垂流 37 84 90 111
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*:焊垫间的锡球数量比 O:印刷性良好 X:印刷性不良
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2.4助焊剂的类型
锡膏中的助焊剂作用有: 1)清除焊盘与锡膏本身的氧化层 2)保护焊接后的合金不再氧化 3)减少焊接中焊料表面的张力,促进焊料的润湿和扩散.由于回流焊时锡粉会加速氧化,因此助焊剂必须要有足够的活性来清除这些氧化物.另外一个考虑是焊接后板子是否要清洗,若为免洗,必须选择无腐蚀、低残留的免洗锡膏.
锡膏按助焊剂的类型分为RSA(强活化型) 、RA(活化型)、RMA(弱活化型)、R(非活化型),一般情况下我们选择RMA比较适合.
2.5锡膏的粘度
锡膏流变性质即粘度,锡膏的粘度是指锡膏受到外来推力所出现的一种反抗阻力.锡膏中溶剂多则粘度低,反之粘度则高.锡膏粘度随着钢板上刮刀的运动变化而变化,当刮刀刮印时粘度变低,停止作用后,锡膏又回到原来的粘度.同时粘度也会随温度的变化而变化,温度升高时锡膏的粘度会降低.有试验表明,温度每上升4℃则粘度下降10%.
锡膏的粘度是锡膏的主要性能,粘度的单位为“cps”适合精细间距印刷的粘度范围是750kcps(75万cps)~1050kcps,900kcps是最佳的印刷粘度.
2.6锡膏的塌落性
锡膏印刷到焊盘以后的伸展能力即锡膏的塌落,锡膏的塌落度主要取决于锡膏中金属成份的含量和金属颗粒的细度,金属含量越高,塌落度越小,印刷后在室温下停留的时间越长,溶剂挥发的越多,更容易发生塌陷.与置件压力也有关系.
3 锡膏使用的注意事项
3.1锡膏的储存
锡膏的储存温度要求为0~10℃,并要求保持稳定性,通长须放在冰箱内储存.锡膏在规定的温度下可保持3~6个月的使用寿命,
锡膏要求的工作环境温度为21~25℃,相对湿度在40~60%RH,这样的操作条件对印刷最为有利.温度低于21℃,粘度高成形佳,不利于印刷和脱模.温度大于25℃,有利于好印刷和脱模,但成形不佳容易发生流塌,造成短路发生.湿度太大,印刷后的锡膏容易吸收空气中的水份,回流焊接时容易产生锡珠.锡膏在过份干燥的环境中,助焊剂会加速挥发,造成焊接时无法完全清除氧化物.
3.2使用前注意事项
锡膏在使用前,从冰箱中取出后不要立即打开包装使用,要放在工作条件下即室内温度进行回温4~6小时.因为刚从冰箱内取出的锡膏温度比较低,如果这时冒然打开瓶盖与外界空气接触,便会与空气中的湿气发生冷凝而产生水份.回温的目地就是使锡膏的温度与室温一致.
严禁以任何加热的方式使锡膏回温.这样会破坏助焊剂内的化学性质,降低锡膏的性能.
为了产生良好的印刷适性,印刷前必须进行充分有效的搅拌,因为锡膏贮存时会产生分离,即锡膏中比重较大的金属粉未与比重较轻的助焊剂相分离.金属部份会沉积在容器的底部,而溶剂部份会浮在容器的上部份.搅拌可使金属粉未与助焊剂充分混合在一起.
搅拌可以使用搅拌机进行,根据作业指导书进行设定,在没有搅拌机情况下也可使用人工搅拌,人工搅拌必须使用塑料或圆形的工具进行搅拌,以防止破坏锡膏颗粒的形状.
锡膏在上线以前,必须经过粘度测试,符合标准才可以生产.锡膏粘度一般采用粘度计测量.如果没有粘度测量仪,也可以采用另一种最简便的方法,人工搅拌五分钟后用搅拌刀挑起一团锡膏离容器上方2~3寸,让锡膏自然滑落,如锡膏粘在搅拌刀上则表明粘度太大,如果锡膏像缎子一样滑下,则表示粘度太小,锡膏如果从搅拌刀上下滑,并形成一段段的下落,则锡膏粘度刚好.
3.3使用中注意事项
在印刷过程中,锡膏中的助焊剂等会随着时间和外界温湿度而减少.因此,在添加新锡膏时,应做到少量多次,新旧锡膏的添加比例为1:1左右.及时将扩散到刮刀两端的锡膏刮到中间,应为锡膏在滚动时保持适当的粘性.另外锡膏机在印刷时应尽量加盖盖起来,减少外界的环境影响.
3.4锡膏的使用寿命
锡膏从冰箱内取出退冰后,必须在24小时内使用,如果未使用完则要放回冰箱内保存,打开瓶盖的锡膏,必须有8小时的有效时间使用完,如果未使用完,则允许重复放回冰箱一次,注意,应另外使用干凈的容器来装置这些锡膏,不可以和未使用的锡膏混装在一起.如果超过8小时未使用完,则应做报废处理.在下次使用时应优先使用未用完的回收锡膏,并须经过退冰和搅拌.