無鉛錫膏技術(shù)

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1、摘要：本文主要論述無鉛焊料的必要條件，無鉛錫膏技術(shù)原理，再流焊工藝技術(shù)、無鉛免清洗錫膏的性能特點(diǎn)、低銀無鉛錫膏與低溫錫鉍銅無鉛錫膏??????眾所周知錫膏是表面貼裝工藝技術(shù)的重要輔料。錫膏的好壞直接影響表面貼裝印刷工藝和再流焊工藝直通率。隨著電子產(chǎn)品綠色制造時(shí)代的到來，全球?qū)o鉛錫膏有越來越大的需求，因此國產(chǎn)錫膏與進(jìn)口錫膏在“市場-技術(shù)-標(biāo)準(zhǔn)”上的競爭將進(jìn)一步加劇。為此加大國產(chǎn)錫膏的研制與應(yīng)用，以及制訂相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)就顯得尤為必要。從2005年起我國電子制造無鉛化進(jìn)程已進(jìn)入實(shí)施階段，我國無鉛錫膏的研制與應(yīng)用也取得了長

2、足的進(jìn)步，其中如億鋮達(dá)、唯特偶、同方、華慶等都已開始生產(chǎn)無鉛錫膏，有些產(chǎn)品已達(dá)到或接近國外知名品牌如Alpha,Tamura等。特別是第二代低銀無鉛錫膏，由于避開專利并具有極佳的性價(jià)比，更有利于占領(lǐng)市場。我們深信國產(chǎn)無鉛錫膏研制與應(yīng)用的春天即將到來，中華品牌表面貼裝錫膏也將崛起于世界之林。本文將就有關(guān)無鉛錫膏問題進(jìn)行具體論述。無鉛焊料的必要條件??????電子工業(yè)用60/40、63/37焊料已有50多年的歷史，已形成非常成熟的工藝，因此要取代有鉛焊料必須滿足一些充分而必要條件。見圖1??????首先從電子焊接工藝

3、的要求出發(fā)，為了不破壞元器件的基本特性，所用無鉛焊料熔點(diǎn)必須接近錫鉛共晶焊料的熔點(diǎn)183℃，這是由于熔點(diǎn)高的焊料將超過電子元件的耐熱溫度，同時(shí)由于再流焊爐制約，因此不可以使用熔點(diǎn)高的焊料。其次從可焊性的觀點(diǎn)出發(fā)，必須與電子元件及印制板的鍍層銅、鎳、銀等有良好的潤濕。從電子產(chǎn)品的可靠性出發(fā)，為了形成良好的冶金結(jié)合的焊點(diǎn)，焊料本身的機(jī)械強(qiáng)度是非常重要的。特別要求焊點(diǎn)具有耐熱疲勞性能，這是由于電子產(chǎn)品在使用過程中不可避免的會(huì)產(chǎn)生發(fā)熱現(xiàn)象而產(chǎn)生熱膨脹，同時(shí)在不使用時(shí)溫度下降會(huì)產(chǎn)生收縮，如此反復(fù)循環(huán)將在焊點(diǎn)處發(fā)生熱疲勞現(xiàn)象

4、。??????從焊接的實(shí)際操作來看，希望焊接缺陷少是非常重要的。特別是橋接、拉等不良缺陷均和焊料的潤濕性密切相關(guān)。在再流焊接時(shí)，由于母材表面氧化，為了提高焊接的去氧化作用，必須使用有活性的助焊劑予以去除，但是這樣將產(chǎn)生殘留物而出現(xiàn)腐蝕和電遷移等現(xiàn)象。同時(shí)，在流動(dòng)焊時(shí)，由于波峰焊產(chǎn)生的氧化錫渣也是一個(gè)問題，不僅造成焊點(diǎn)不良率上升，同時(shí)也增加成本。此外焊膏的保存性是進(jìn)行良好印刷的必要條件。由于在存放期間焊膏內(nèi)的助焊劑與合金發(fā)生反應(yīng)而劣化，造成粘度升高，印刷不良等。以上均是無鉛焊料必須考慮的問題。從這些觀點(diǎn)出發(fā)來選擇適

5、當(dāng)?shù)臒o鉛焊料是非常重要的。表1所示的是從1980年以來開發(fā)的無鉛共晶合金的特性比較。在此基礎(chǔ)上發(fā)展了當(dāng)前實(shí)用的錫銀銅等主流無鉛焊料.無鉛錫膏技術(shù)原理無鉛錫膏系由無鉛錫粉與助焊劑混合而成的均勻膏狀物體，必須具備可印刷性、可焊性與可靠性等特點(diǎn)。優(yōu)質(zhì)錫膏對(duì)錫粉的要求是：1.穩(wěn)定的化學(xué)成分2.雜質(zhì)水平3.顆粒大小和形狀4.顆粒分布5.表面化學(xué)狀態(tài)優(yōu)質(zhì)錫膏對(duì)助焊劑的要求是：1.松香溶劑載體不可干燥過快，也不宜過慢。過快形成保護(hù)膜硬化不利焊接，過慢形成的松香膜內(nèi)會(huì)有一些熔化的錫膏，在溶劑迅速揮發(fā)時(shí)會(huì)導(dǎo)致濺射。2.要求具有雙活

6、性的活性物質(zhì)。3.要求有觸變性能優(yōu)良的流動(dòng)助劑。4.要求有抗氧化劑等。再流焊工藝技術(shù)??????從錫鉛焊料到錫銀銅焊料，在實(shí)際操作時(shí)將發(fā)生很大的變化，主要有：（1）目前最常用的錫-3.0銀-0.5銅其熔點(diǎn)在217℃-219℃，在進(jìn)行再流焊時(shí)，可操作的最低工藝溫度應(yīng)為液相溫度加10℃，這就比錫鉛共晶焊料的熔點(diǎn)高出40℃。不難看出操作溫度的上升與元器件的耐熱溫度（240℃）的差距將大幅減少，因此必須較以往有更正確的工藝溫度管理。此外由于印制板的多樣化，熱容量不同的元器件均會(huì)有10℃的溫差，因此必須提高預(yù)熱溫度和時(shí)間。

7、再流焊設(shè)備必須進(jìn)行多溫區(qū)加熱以減少溫度誤差，成為一項(xiàng)有效的措施。見圖2。這樣由于熔點(diǎn)的上升，焊接工藝和設(shè)備都將發(fā)生重大的變化，為此實(shí)行錫銀銅焊料的無鉛化，降低其熔點(diǎn)將成為一個(gè)被關(guān)注的問題。（2）一般認(rèn)為錫銀銅比錫鉛潤濕性低，其擴(kuò)散率在75%-80%，比錫鉛下降15%左右。為了提高可焊性在助焊劑中增加活性劑是必要的，但會(huì)造成粘度升高等不良現(xiàn)象。另外由于無鉛焊料表面張力比有鉛焊料高，在同樣條件下潤濕性也會(huì)變差。(3)由于無鉛焊料的熔點(diǎn)高，因此必須考慮峰值溫度與元器件的耐熱溫度的適應(yīng)性（230℃-240℃），因此預(yù)熱終

8、點(diǎn)溫度要高。使有熱容量差異的元器件溫度能達(dá)到均勻。此外由于元器件與母材的氧化，焊膏活性的損失容易產(chǎn)生焊球，當(dāng)用錫鉛焊膏的助焊劑用于錫銀銅焊膏時(shí)必須提高預(yù)熱溫度和預(yù)熱時(shí)間，這樣由于焊接溫度的變化將帶來擔(dān)心，因此必須開發(fā)用于無鉛錫膏的助焊劑。(4)印刷工藝過程中由于焊膏內(nèi)助焊劑與粉末的反應(yīng)，在粉末表面有有機(jī)金屬化合物與有機(jī)金屬鹽析出，造成流動(dòng)性下降，粘度升高，給印刷性能帶來影