《印制电路基础》教学课件第10章.印制电路组装技术.pptx

印印制制电电路路组组装装技技术术第十章第十章 1第十章第十章 印制电路组装印制电路组装技术技术10.1 组装焊料组装焊料10.2 助焊剂助焊剂10.3 焊膏焊膏10.4 锡铅合金镀层的热熔技术锡铅合金镀层的热熔技术10.5 波峰焊组装技术波峰焊组装技术10.6 回流焊组装技术回流焊组装技术201组装焊料组装焊料3印制线路板印制电路板410.1 组装焊料组装焊料510.1 组装焊料组装焊料610.1 组装焊料组装焊料锡铅焊料在电子工业中常用的金属都能同锡形成合金因此，可以用锡对这些金属实现机械连接和电气连接Sn:Pb=63:37合金焊料的共晶温度为183，传统电子装配线都是为适应这一温度而设计的10.1 组装焊料组装焊料71.锡铅焊料中铅的作用与影响 由于纯锡存在一些缺点，加入一定量的铅，可获得锡与铅都不具备的优良特性加入铅的作用主要有：（1）降低熔点（2）改善机械特性 Sn14.7 Pb13.7 39.249 N/mm2（3）降低表面能力（4）可增强焊料的抗氧化能力10.1 组装焊料组装焊料8锡铅二元合金相图10.1 组装焊料组装焊料9为使锡-铅焊料获得某些使用特性，往往向其中加入银、铋、镉等金属成分构建多元合金焊料。

1）掺银往锡-铅合金中掺入少量的银，不仅可以使焊料的熔点降低，而且还可以使其扩散性变好（2）掺铋掺铋能使焊料的熔点降低，而且质地变脆，在冷却时易出现细小的裂纹，不适于作密封用，所以它的使用范围受到很大局限（3）掺镉掺镉后焊料的熔点升高，可作为高熔点焊料使用10.1 组装焊料组装焊料10为使锡-铅焊料获得某些使用特性，往往向其中加入银、铋、镉等金属成分构建多元合金焊料掺银掺银掺铋掺铋掺镉掺镉熔点降低熔点降低，易出现裂纹熔点升高10.1 组装焊料组装焊料111.高温焊料含锡量低于19.5的焊料，固相温度升高,可以作为高温焊料使用2.低温环境下使用的焊料 含锡量超过60的焊料，在低温环境下发生“锡病”为此，一般添加少量的锑、铋或铟 3.低熔点焊料 这类焊料大多为铋、锡、镉、铟等金属组成的合金4.易熔合金 不是作为焊料使用，制成各种报警器开关阀门等零件10.1 组装焊料组装焊料1210.1 组装焊料组装焊料13名称成分（）熔点（）锡铅镉铋其它伍德合金洛兹合金牛顿合金埃尔哈特合金（四元共晶）利波淮兹合金铅锡铋易熔合金铋锡铅易熔合金三元共晶合金铋钎料12.522.019.013.113.320.025.015.549.820.08.319.040.025.028.031.027.326.630.025.040.232.032.040.022.617.012.510.110.08.218.25.350.050.050.049.550.150.050.051.652.540.044.753.556.5铟19.1汞10.5锌4.060.510094.570.068.092.093.091.596.014511346.760.0130易熔合金的成分和熔点10.1 组装焊料组装焊料14在半导体器件组装过程中，焊接不只是单纯的接合，而且对电气可靠性机械可靠性和成本都有很高的要求。

因此，不仅对焊料材料要求很高10.1 组装焊料组装焊料15微型元件焊接用焊料分为两类：硬焊料 软焊料1.当基金属是金或金合金时，则应使用金系列焊料这种焊料不需要助焊剂和保护气氛，可用于有源元件的焊接和外壳之类的密封焊接等方面2.软焊料中有锡铅系列和锡铅银系列，具有消除热应力和易更换元件等优点，可用于焊接有源元件和无源元件10.1 组装焊料组装焊料16金系列焊料：金的化学和电气性能非常良好，但它与锡铅系列金属之间生产的化合物机械强度较差铝系列焊料对于硅和锗，铝是P型惨杂源，所以纯铝和铝硅合金可作为半导体器件的焊料铝与11.7的硅可形成共晶合金 铅锡系列焊料这类焊料种类繁多且用途十分广泛一般多使用含锡为5565的焊料 铅系列焊料金银锑等金属与铅形成的共晶合金可用作焊料10.1 组装焊料组装焊料17锡系列焊料在锡中加入金、银、锑后，可以制成所谓的高温焊料，但在半导体的焊接，仍属于熔点较低的焊料铟焊料铟对金银钯的溶蚀作用远比锡小，因此，它大量用于厚膜电路的焊接这类铟焊料常加入锡、铅、银、锌等金属元素但铟的价格非常昂贵，仅用于特定的场合锌系列焊料在锌中加入一定量的锡或铅后，可以用于焊接铝但因锌的化学性质不稳定，所以电子产品基本上不用这类焊料。

10.1 组装焊料组装焊料181.无氧化焊料（锡铅系列焊料）为粗大的纯合金这类焊料是采用真空熔炼的方法制造的2.焊料的扩散性比 空气中熔炼的要高得多10.1 组装焊料组装焊料19欧盟领导下的电子电气设备废弃组织（WEEE）要求在2006年前停止在电子装配工业中使用含铅材料美国国家电子制造协会（NEMI）为此专门实施一个名为“NEMI的无铅焊接化计划”来系统研究无铅装配在电子工业中的使用无铅焊料助焊剂10.1 组装焊料组装焊料20组织或机构原推荐的焊料合金现推荐的焊料合金NEMI(Nat.Elec.Manaf.Initiative)Sn0.7CuSn3.5AgSnAgCuSn3.9Ag0.6Cu(再流焊)Sn0.7Cu(波峰焊)NCMSSn3.5AgSnAgCuSn3.5Ag0.5Cu1.0ZnITRISnAgCu,Sn2.5Ag0.8Cu0.5Sb,Sn0.7Cu3.5AgBRITE.EURAM IDEALS(EU)Sn3.8Ag0.7Cu最佳合金，其他有潜力的合金为：Sn0.7Cu,Sn3.5Ag,SnAgBiJIEDA&JIETA波峰焊：Sn0.7Cu、Sn3.5Ag再流焊：Sn3.5Ag,Sn(2-4)Ag(0.5-1)CuSn3.0Ag0.5Cu10.1 组装焊料组装焊料21表10-4 推荐使用的锡铅共晶焊料替代合金1.无铅焊料应具备的性能（1）低熔点材料的熔点必须低到能避免有机电子组件的热损坏，但又必须能满足在现有装配工艺下具有良好的力学性能。

2）润湿性只有在焊料与基体金属有着良好的润湿时才能形成可靠的连接3）可用性无铅焊料中所使用的金属必须是无毒的和能丰富供给的4）价格焊料中所使用的金属的价格是一个因素，同时还要考虑因使用新焊料改变装配线所附加的成本10.1 组装焊料组装焊料222.无铅焊料的研究现状根据以上要求，几乎所有的无铅焊料的研究都是以Sn为主要成分来发展的，通过添加In、Ag、Bi、Zn、Cu和Al等元素构成二元、三元甚至四元共晶合金系合 金 系共晶温度/共晶成分（质量分数，）Sn-Cu2270.7Sn-Ag2213.5Sn-Au21710Sn-Zn198.50.9Sn-Pb18338.1Sn-Bi13957Sn-In1205110.1 组装焊料组装焊料23表10-5 二元合金焊料共晶成分配比及共晶温度3.无铅焊料金属间化合物（IMC）问题绝大部分无铅焊料中在焊接过程有金属化合物的生成，同时焊料与金属基体的连接处也会生成化合物，这些金属化合物将对焊接性能会造成一定的影响典型的金属间化合物有Sn-Ag、Sn-Zn和Sn-Cu等（1）Sn-Cu作为合金焊的主要相，Sn与基体Cu之间会生成金属间化合物Cu6Sn5靠近焊料和Cu3Sn靠近Cu基体表面（2）Sn-AgSn-Ag系合金中生成化合物为Ag3Sn，其体积大小与Ag的含量有关，当Ag的含量低于3.2时，不会有粗大片层状Ag3Sn生成（3）Ag-ZnSn-Zn系中Ag的加入将导致AgZn3和Ag5Zn8化合物的生成，使焊料熔点升高（4）Cu-ZnSn-Zn系合金与Cu基体易生成Cu5Zn8化合物，因为Cu5Zn8的Gibbs自由能低于Cu6Zn5，所以Cu5Zn8为稳定相10.1 组装焊料组装焊料244.无铅焊料力学性能问题（1）拉伸性能拉伸特性（主要指延展性和抗拉强度）受焊接部分微观组织结构和晶粒尺寸的影响（2）剪切性能焊接结构经常受到剪切载荷的影响，焊料抗剪切载荷的能力称为剪切模量或者剪切强度，与焊料所处温度有关（3）蠕变性能作为材料的高温性能，蠕变定义为材料处在恒定高温下，在恒定载荷下失效的一种行为（4）疲劳性能焊料在变动载荷长期作用下，因累积损伤而引起的断裂现象，称为疲劳，并分为恒温疲劳和热疲劳10.1 组装焊料组装焊料25图10-1 Sn-3.5Ag和Sn-3.5Ag-0.25Re在不同蠕变温度下静态蠕变应变的比较10.1 组装焊料组装焊料265腐蚀特性由于焊料长期处于空气中，并可能接触酸雾等环境导致腐蚀，所以焊料的抗腐蚀特性也得到广泛重视6成分配比通过对性能的研究，为了达到最好的性能，合金的成分配比就显得非常重要。

这包括:一方面倾向于寻找共晶成分配比，一方面在二元合金中添加新元素以期提高性能对于SnAgCu、SnZn、SnBi共晶焊料的力学性能，SnAgCu共晶焊料最具优势，而成为了研究的主流比较在Sn3Ag0.5Cu中添加Fe、Ni、Co、Mn、Ti等对合金的影响，其中0.1Ni的加入对提高性能有利10.1 组装焊料组装焊料2702助焊剂助焊剂28 印制电路板把各电子元器件连结起来制成印制电路板为了保证这种结合的可靠性，就要求焊点无虚焊问题：问题：1）铜 与 二 氧 化 碳 等 反 应 逐 渐 生 成 一 层 紧 密 的 碱 式 碳 酸 铜：CuCO3Cu(OH)2呈绿色，而2CuCO3Cu(OH)2呈蓝色2）铜很容易氧化，生成的Cu2O为红色的，CuO为黑色的；它的氢氧化物Cu(OH)2是淡蓝色的3）铜还容易和卤化物生成各种卤化铜等10.2 助焊剂助焊剂29图10-2 Pb-Sn焊料焊接铜的剖面结构图铜的表面被这些许多化合物的混合物所覆盖焊接时铜容易和卤化物生成各种卤化铜解决这个问题有两个途径：1.一是:预先在基金属表面镀一层锡2.再一个办法是用化学的办法在焊接的同时，清除上述的“污物”所使用的化学清洗试剂就称为“助焊剂”。

顾名思义，它是在焊接温度下，能有效地帮助焊接工作得以顺利进行10.2 助焊剂助焊剂30助焊剂在焊接中有三个作用：（1）除去氧化膜的作用；（2）在焊接温度下，防止基金属与焊料被氧化；（3）降低焊料的表面能力，增加其流动性，有利于对基金属的浸润，为合金化创造条件10.2 助焊剂助焊剂31（1）熔点低于焊料熔点低于焊料在焊料熔化之前，助焊剂就应熔化成液体，以便发挥其作用2）表面张力、粘度、密度应小于焊料）表面张力、粘度、密度应小于焊料助焊剂的表面张力小于焊料，方可在焊料之前浸润基金属；若粘度太大，则其流动性会受到阻碍；密度大于焊料时，它无法包围焊料，也无法防止焊料的氧化3）残渣容易清除残渣容易清除许多助焊剂都具有一定的腐蚀性，若不及时清除，随时都可腐蚀基金属假若不易清除，则会因此增加清除的成本和使用性4）不能腐蚀基金属不能腐蚀基金属强酸性助焊剂不仅可以溶解基金属表面氧化物、氢氧化物、杂质及污物，还会腐蚀基金属，所以一般应尽量避免使用强酸性助焊剂5）不会产生有毒气体和臭味不会产生有毒气体和臭味从安全生产、保护环境和操作人员健康的角度出发，在使用助焊剂时应特别注意这一点尤其在使用含有氢氟酸、盐酸、磷酸的助焊剂时，应有可靠的安全生产和劳动保护措施。

6）各组分之间不应发生反应，长期储存性能稳定，不变质各组分之间不应发生反应，长期储存性能稳定，不变质7）助焊剂的膜要光亮、致密、干燥快、不吸潮，热稳定性好助焊剂的膜要光亮、致密、干燥快、不吸潮，热稳定性好10.2 助焊剂助焊剂321.从助焊剂的外形可分为三种 液体状 膏状 固体2.按用途可分为 刷涂用 喷涂用 浸渍用 10.2 助焊剂助焊剂3310.2 助焊剂助焊剂341.一般助焊剂大致都由：活性剂 成膜剂 助剂 溶剂等成分组成2.固体助焊剂不使用溶剂无铅助焊剂10.2 助焊剂助焊剂35表10-6 助焊剂按活性大小分类序 号活 性主 要 成 分1未活化纯树脂助焊剂松香、酒精2低度活化树脂助焊剂松香、酒精、硬脂酸甘油酯等3适度活化树。