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再论焊膏
日期:2010-08-02 07:30  点击:369
二十多年来,表面贴装一直是电子业中PCB组装的关键制造技术,可以预期,这一技术在未来仍将发挥重要作用。因此,焊膏仍将继续成为最有效的电子组装批量生产中的互连材料。作为一种电子材料,焊膏既是旧材料,也是新型材料。因为焊膏已有几十年的历史;然而其化学成分和专用配方却在不断演变。我在1989年撰写的一本教科书中,围绕这一主题展开过详细论述(ISBN:0-442-20754-9)。就焊膏而言,究竟发生过哪些变化?将来会有什么变化?哪些方面不会发生变化?

  表面组装制造所要求的基本性能参数没有发生变化。我从我那本教科书中摘录了以下这段话:“焊料为三个等级的互连——芯片、元件封装和板子组装——提供了电气、热及机械连接。下一个定义,焊膏是一种焊接合金粉末、焊剂和溶剂的均匀和动态稳定的混合物,在特定的焊接条件下,这种混合物能够形成金属键合,并可随时应用于自动化生产中,形成可靠的、一致的焊点…由于膏状焊料具有独特性能,它对于电子组装行业来说尤显重要。可将具有易变形的粘弹性的焊膏根据选定的形状和尺寸成形,并且可以应用于自动化生产中。焊膏的粘性使其具有吸附元件、使元件定位的能力,在形成永久性金属键合之前,不需要另外施加胶粘剂。焊膏的金属性质提供了相当高的导电性和导热性。在自动化中的应用、类似胶一样的粘性以及高传导性这些综合特性,使得焊膏成为表面组装制造中的最有效的材料。”

  焊膏可以说明几门科学的相互作用,包括化学、冶金学、粒子技术、流变学和配方技术。在表面组装制造的应用中,对化学特性及物理特性是有很多要求的,包括稳定性和储存期限、一致性、粘性、冷坍塌、热坍塌、可喷涂性、可印刷性、粘附时间、粘附力和暴露/敞开期限。焊剂涂覆的能力、与待焊接的表面的兼容性、润湿性、数量和残余物性能也起到一定的作用。对于免清洗化合物,要求具有适当的残余物特性。对于水清洗化合物,残余物的可清洗性是很重要的。在某些情况下,还要求尽量减少焊点中产生的孔洞,于是焊膏的配方就成为问题的关键。所有这些有关焊膏的内在性能和特性,在今天都是不可或缺的。

  当前和将来的要求
  除了逐渐取消CFC的使用使得焊膏化合物发生了变化以外,用于有引线元件的细间距尺寸已从50mil变为20mil或更细间距(QFP、SOIC、CSP),阵列球形焊料封装(BGA和CSP)的问世,成为促使焊膏配方在过去的23年中产生变化的主要动力。

  展望未来,在几种新兴前沿技术的推动下,焊膏配方将会有新的进展。这些技术包括:分立无源元件从0603和0402向着0201元件的演变、无铅的实施和细间距阵列封装,如高I/O BGA和更薄、更细间距CSP的推出。

  例如,焊膏的关键性能参数之一就是作为内在质量的始终优良的可印刷性,它是通过设计合理的流变学和配制完善的化学合成实现的。其他控制因素还包括模板和印刷工艺。除了对细间距BGA和CSP的可印刷性要求提高之外,更小的片式电容和电阻需要有更好的更为平衡的配方,它能够使焊膏顺畅地从模板释放出来,实现可印刷性,并能在具有较强粘附力/较长时间条件下完成焊膏传送。这是一项要求很高的任务。对于无铅焊接,焊剂/媒介物化合物必需与Sn/Ag/Cu、Sn/Ag/Cu/Bi、Sn/Ag/Cu/In和Sn/Ag/Bi/In合金系统的成分兼容,而且其化合物应能适用于所选择的再流曲线,而后者反过来是通过所选用的合金成分表示的。此外,未来对焊膏的需求,人们最为期盼的是在通常可接受的再流条件下能使焊点中产生最少孔洞的化合物。这是焊膏配方的一大挑战。
  这意味着焊膏技术推展到极限了吗?就理论上和实际上两方面说,在表面组装基础设施开发过程中建立的有关焊膏的所有性能特性仍是适用的。而变化只是对所有性能特性的要求更加严格了。换言之,焊膏性能的升级是努力的目标,使得焊膏配方成了极其错综复杂的一项任务。
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