SMT——表面组装技术 第2版 教学课件 ppt 作者 何丽梅 第4章 SMT工艺材料

1、第4章 SMT工艺材料,SMT工艺材料，即组装材料，是进行SMT生产的基础。在SMT的发展过程中，电子化工材料起着相当重要的作用。目前，与SMT相关的化工材料种类繁多，它主要包括以下几方面的内容：贴片胶及其它粘结剂、焊剂、焊料及防氧化油、焊锡膏和清洗剂。在不同的组装工序中应采用不同的组装材料。有时在同一组装工序中，由于后续工艺或组装方式不同，所用材料也有所不同，见表3-1。,表4-1 表面组装材料,4.1 贴片胶,4.1.1 贴片胶的用途 贴片胶，也称贴装胶、SMT红胶，它是红色的膏体中均匀地分布着固化剂、颜料、溶剂等的粘接剂，主要用来将元器件固定在印制板上，一般用点胶或网板印刷的方法来分配。贴上元器件后放入烘箱或回流焊机加热硬化，一经加热硬化后，再加热也不会溶化，也就是说，贴片胶的热固化过程是不可逆的。贴片胶在SMT生产中，其主要作用是： 在使用波峰焊时，为防止印制板通过焊料槽时元器件掉落，而将元器件固定在印制板上。 双面回流焊工艺中，为防止已焊好的那一面上大型器件因焊料受热熔化而脱落，要使用贴片胶固定。 用于回流焊工艺和预涂敷工艺中防止贴装时的位移和立片。 此外，印制板和元器件批量

2、改变时，用贴片胶作标记。,4.1.2 贴片胶的化学组成 (1)基体树脂。是贴片胶的核心，一般用环氧树脂和丙烯酸酯类聚合物。 (2)固化剂和固化促进剂。常用的固化剂和固化促进剂为双氰胺、三氟化硼胺络合物、咪唑类衍生物、酰胺、三嗪和三元酸酰肼等。 (3)增韧剂。由于单纯的基体树脂固化后较脆，为弥补这一缺陷，需在配方中加入增韧剂。常用的增韧剂有邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、液体丁腈橡胶和聚硫橡胶等。 (4)填料。加入填料后可提高贴片胶的电绝缘性能和耐高温性能，还可使贴片胶获得合适的粘度和粘接强度等等。常用的填料有硅微粉、碳酸钙、膨润土、白碳黑、硅藻土、钛白粉、铁红和碳黑等。,4.1.3 贴片胶的分类,1.按基体材料分 按基体材料分，可分为环氧树脂和聚丙烯两大类。环氧树脂是最老的和用途最广的热固型、高粘度的贴片胶，常用双组分。聚丙烯贴片胶则常用单组分，它不能在室温下固化，通常用短时间紫外线照射或用红外线辐射固化，固化温度约为150，固化时间约为数十秒到数分钟，属紫外线加热双重固化型。 2.按功能分 按功能分，有结构型、非结构型和密封型。 结构型具有高的机械强度，用来把两种材料永久地粘接在

3、一起，并能在一定的荷重下使它们牢固地接合。非结构型用来暂时固定具有不大荷重的物体，如把SMD粘接在PCB上，以便进行波峰焊接。密封型用来粘接两种不受荷重的物体，用于缝隙填充、密封或封装等目的。前两种粘接剂在固化状态下是硬的，而密封型粘接剂通常是软的。,3.按化学性质分 按化学性质分，有热固型、热塑型、弹性型和合成型。 热固型粘接剂固化之后再加热也不会软化，不能重新建立粘接连接。热固型又可分单组分和双组分两类。所谓单组分是指树脂和固化剂包装时已经混合。它使用方便，质量稳定，但要求存放在冷藏条件下，以免固化；双组分的树脂和固化剂分别包装，使用时才混合，保存条件不苛刻。但使用时的配比常常把握不准，影响性能。热固型可用于把SMD粘接在PCB上。 热塑型固化后可以重新软化，重新形成新的粘结剂，它是单组分系统。 弹性粘接剂是具有较大延伸率的材料，可由合成或天然聚合物用溶剂配制而成，呈乳状。如尿烷、硅树脂和天然橡胶等。 合成粘接剂由热固型、热塑型和弹性型粘接剂组合配制而成。它利用了每种材料的最有用的性能。如环氧尼龙、环氧聚硫化物和乙烯基酚醛塑料等。 4.按使用方法分 按使用方法，可分为针式转移、压力

4、注射式、丝网/模板印刷等工艺方式适用的贴片胶。,4.1.4 表面组装对贴片胶的要求,(1)常温使用寿命要长。 (2)合适的粘度。贴片胶的粘度应能满足不同施胶方式、不同设备、不同施胶温度的需要。胶滴时不应拉丝；涂敷后能保持足够的高度，而不形成太大的胶底；涂敷后到固化前胶滴不应漫流，以免流到焊接部位，影响焊接质量。 (3)快速固化。贴片胶应在尽可能低的温度下，以最快的速度固化。这样可以避免PCB翘曲和元器件的损伤，也可避免焊盘氧化。 (4)粘接强度适当。贴片胶在焊前应能有效地固定片式元器件，检修时应便于更换不合格的元器件。贴片胶的剪切强度通常为610MPa。 (5)其它。在固化后和焊接中应无气析；应能与后续工艺中的化学制剂相容而不发生化学反应；不干扰电路功能；有颜色，便于检查；供SMT用贴片胶的典型颜色为红色或橙色。 （6）贴片胶的包装。目前市场上贴片胶的包装主要有两种形式，一种是注射针管式包装，另一种是听装。,注射针管式,听装,4.2 焊锡膏,焊锡膏(Sol ding Pasts)，又称焊膏、锡膏，是由合金粉末、糊状焊剂和一些添加剂混合而成的具有一定粘性和良好触变特性的浆料或膏状体。它是

5、SMT工艺中不可缺少的焊接材料，广泛用于回流焊中。常温下，由于焊锡膏具有一定的粘性，可将电子元器件粘贴在PCB的焊盘上，在倾斜角度不是太大，也没有外力碰撞的情况下，一般元件是不会移动的，当焊锡膏加热到一定温度时，焊锡膏中的合金粉末熔融再流动，液体焊料润湿元器件的焊端与PCB焊盘，在焊接温度下，随着溶剂和部分添加剂挥发，冷却后元器件的焊端与焊盘被焊料互联在一起，形成电气与机械相连接的焊点。,4.2.1 焊锡膏的化学组成,焊锡膏主要由合金焊料粉末和助焊剂组成，见表3-3。焊锡膏中合金焊料颗粒与助焊剂（Flux）的体积之比约为1：1，其中合金焊料粉占总重量的85%90%，助焊剂占15%10%，即 重量之比约为9：1。 1.合金焊料粉末 常用的合金焊料粉末有锡铅（SnPb）、锡铅银（SnPbAg）、锡铅铋（SnPbBi）等，常用的合金成分为63%Sn37%Pb以及62%Sn36%Pb2%Ag。不同合金比例有不同的熔化温度。以SnPb合金焊料为例，图3-2表示了不同比例的锡、铅合金状态随温度变化的曲线。图3-2中的T点叫做共晶点，对应合金成分为61.9%Sn38.1%Pb，它的熔点只有182。

6、合金焊料粉末的形状、粒度和表面氧化程度对焊锡膏性能的影响很大。合金焊料粉末按形状分成无定形和球形两种。,表4-3 焊锡膏的组成和功能,2.助焊剂 在焊锡膏中，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金属表面。助焊剂的组成对焊锡膏的扩展性、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影响。,4.2.2 焊锡膏的分类,焊锡膏的品种很多，通常可按以下性能分类： 1.按合金焊料粉的熔点分 最常用的焊锡膏熔点为178183，随着所用金属种类和组成的不同，焊锡膏的熔点可提高至250以上，也可降为150以下，可根据焊接所需温度的不同，选择不同熔点的焊锡膏。 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，见表3-5。使用时可以根据PCB和元器件的情况及清洗工艺要求进行选择。,3.按焊锡膏的粘度分 粘度的变化范围很大，通常为100600Pas，最高可达1000

7、Pas以上。使用时依据施膏工艺手段的不同进行选择。 4.按清洗方式分 电子产品的清洗方式分为有机溶剂清洗、水清洗、半水清洗和免清洗等方式。这是根据焊接过程中所使用的焊剂、焊料成分来确定的。目前，有专门用于免清洗焊接的焊锡膏(如SQ-1030 SOM)和水清洗焊接的焊锡膏(如2062-506A-40-9.5)；一般用于水清洗和免清洗的焊锡膏不含氯离子。从保护环境的角度考虑，水清洗、半水清洗和免清洗是电子产品工艺的发展方向。,4.2.5 焊锡膏使用的注意事项,（1）焊锡膏通常应该保存在510 的低温环境下，可以储存在电冰箱的冷藏室内。即使如此，超过使用期限的焊锡膏也不得再使用于生产正式产品。 （ 2）一般应该在使用前至少2 h从冰箱中取出焊锡膏，待焊锡膏达到室温后，才能打开焊锡膏容器的盖子，以免焊锡膏在升温过程中凝结水汽。假如有条件使用焊锡膏搅拌机，焊锡膏回到室温下只需要15 min即可投入使用。 （ 3）观察焊锡膏，如果表面变硬或有助焊剂析出，必须进行特殊处理，否则不能使用；如果焊锡膏的表面完好，也要用不锈钢棒搅拌均匀以后再使用。如果焊锡膏的粘度大而不能顺利通过印刷模板的网孔或定量滴涂分

8、配器，应该适当加入所使用锡膏的专用稀释剂，稀释并充分搅拌以后再用。,（4）使用时取出焊锡膏后，应及时盖好容器盖，避免助焊剂挥发。 （5）涂敷焊锡膏和贴装元器件时，操作者应该戴手套，避免污染电路板。 （6）把焊锡膏涂敷到印制板上的关键，是要保证焊锡膏能准确地涂覆到元器件的焊盘上。如果涂敷不准确，必须擦洗掉焊锡膏再重新涂敷，擦洗免清洗焊锡膏不得使用酒精。 （7）印好焊锡膏的电路板要及时贴装元器件，尽可能在4h内完成回流焊。 （8）免清洗焊锡膏原则上不允许回收使用，如果印刷涂敷的间隔超过1 h，必须把焊锡膏从模板上取下来并存放到当天使用的单独容器里，不要将回收的锡膏放回原容器。,4.3.1 助焊剂的化学组成,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。活性剂的活性是指它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和增强浸润性的能力。浸润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0.2%以下。虽然它的添加量少，但在焊接时起很大的作用。 2.成膜物质 加入成

9、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。常用的成膜物质有松香、酚醛树脂、丙烯酸树脂、氯乙烯树脂、聚氨酯等。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。,3.添加剂 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。一般加入无机卤化物、无机盐、有机酸及其金属盐类，如氧化锌、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氮化合物为主体的有机物。 （4）光亮剂。如果要使焊点光亮，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，提高抗燃性而加入的材料，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符合以下条件： （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，无毒性或毒性低。,4.3.2 助焊剂的分类,在回流焊中，助焊剂作为焊锡膏的重要组成部分。而在波峰焊中，助焊剂与Sn-Pb焊锡分开使用。现在广泛采用的助焊剂可以分成两大类：酸系和树脂系。 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。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，可添加诸如烷基胺氢卤化物(联胺卤化物)等活化剂，而形成不同类型的松香系列焊剂。 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锡膏。RA型广泛用于工业和消费类电子产品的制造。RSA型焊剂，由于其腐蚀性和难清洗，所以一般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

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