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无铅锡膏技术的广泛运用,深度 | 长文详细解读无铅锡膏技能的广泛运用,值得保藏

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浏览:- 发布日期:2018-07-06 09:27:01【

深度 | 长文详细解读无铅锡膏技能的广泛运用,值得保藏!


摘要:本文主要论说无铅焊料的必要条件,无铅锡膏技能原理,再流焊工艺技能、无铅免清洗锡膏的功能特色、低银无铅锡膏与低温锡铋铜无铅锡膏


众所周知锡膏是外表贴装工艺技能的重要辅料。锡膏的好坏直接影响外表贴装印刷工艺和再流焊工艺直通率。跟着电子产品绿色制作时代的到来,全球对无铅锡膏有越来越大的需求,因而国产锡膏与进口锡膏在“市场-技能-规范”上的竞赛将进一步加重。为此加大国产锡膏的研发与运用,以及拟定相应的规范就显得尤为必要。从2005年起我国电子制作无铅化进程已进入施行阶段,我国无铅锡膏的研发与运用也取得了长足的前进,其间如亿铖达、唯特偶、同方、华庆等都已开端出产无铅锡膏,有些产品已到达或挨近国外知名品牌如Alpha, Tamura等。特别是第二代低银无铅锡膏,因为避开专利并具有极佳的性价比,更有利于占领市场。咱们深信国产无铅锡膏研发与运用的春天行将到来,中华品牌外表贴装锡膏也将兴起于国际之林。本文将就有关无铅锡膏问题进行详细论说。


无铅焊料的必要条件


电子工业用60/40、63/37焊料已有50多年的历史,已构成非常老练的工艺,因而要替代有铅焊料有必要满意一些充沛而必要条件。见图1


首先从电子焊接工艺的要求动身,为了不损坏元器材的根本特性,所用无铅焊料熔点有必要挨近锡铅共晶焊料的熔点183℃,这是因为熔点高的焊料将超过电子元件的耐热温度,一同因为再流焊炉限制,因而不行以运用熔点高的焊料。其次从可焊性的观念动身,有必要与电子元件及印制板的镀层铜、镍、银等有杰出的潮湿。从电子产品的牢靠性动身,为了构成杰出的冶金结合的焊点,焊料自身的机械强度是非常重要的。特别要求焊点具有耐热疲惫功能,这是因为电子产品在运用过程中不行避免的会发作发热现象而发作热膨胀,一同在不运用时温度下降会发作缩短,如此重复循环将在焊点处发作热疲惫现象。



从焊接的实际操作来看,期望焊接缺点少是非常重要的。特别是桥接、拉等不良缺点均和焊料的潮湿性密切相关。在再流焊接时,因为母材外表氧化,为了进步焊接的去氧化作用,有必要运用有活性的助焊剂予以去除,可是这样将发作残留物而呈现腐蚀和电搬迁等现象。一同,在活动焊时,因为波峰焊发作的氧化锡渣也是一个问题,不只构成焊点不良率上升,一同也添加本钱。此外焊膏的保存性是进行杰出印刷的必要条件。因为在寄存期间焊膏内的助焊剂与合金发作反响而劣化,构成粘度升高,印刷不良等。以上均是无铅焊料有必要考虑的问题。从这些观念动身来挑选恰当的无铅焊料是非常重要的。表1所示的是从1980年以来开发的无铅共晶合金的特性比较。在此基础上发展了当时有用的锡银铜等干流无铅焊料.


无铅锡膏技能原理:无铅锡膏系由无铅锡粉与助焊剂混合而成的均匀膏状物体,有必要具有可印刷性、可焊性与牢靠性等特色。


优质锡膏对锡粉的要求是:


1. 安稳的化学成分

2. 杂质水平

3. 颗粒大小和形状

4. 颗粒散布

5. 外表化学状况


优质锡膏对助焊剂的要求是:


1. 松香溶剂载体不行枯燥过快,也不宜过慢。过快构成保护膜硬化晦气焊接,过慢构成的松香膜内会有一些熔化的锡膏,在溶剂敏捷蒸发时会导致溅射。

2. 要求具有双活性的活性物质。

3. 要求有触变功能优异的活动助剂。

4. 要求有抗氧化剂等。


再流焊工艺技能:



从锡铅焊料到锡银铜焊料,在实际操作时将发作很大的改变,主要有:


(1)现在最常用的锡-3.0银-0.5铜其熔点在217℃-219℃,在进行再流焊时,可操作的最低工艺温度应为液相温度加10℃,这就比锡铅共晶焊料的熔点高出40℃。不难看出操作温度的上升与元器材的耐热温度(240℃)的距离将大幅削减,因而有必要较以往有更正确的工艺温度办理。此外因为印制板的多样化,热容量不同的元器材均会有10℃的温差,因而有必要进步预热温度和时刻。再流焊设备有必要进行多温区加热以削减温度差错,成为一项有用的办法。见图2。这样因为熔点的上升,焊接工艺和设备都将发作严峻的改变,为此实施锡银铜焊料的无铅化,下降其熔点将成为一个被关注的问题。


(2)一般认为锡银铜比锡铅潮湿性低,其分散率在75%-80%,比锡铅下降15%左右。为了进步可焊性在助焊剂中添加活性剂是必要的,但会构成粘度升高级不良现象。别的因为无铅焊料外表张力比有铅焊料高,在相同条件下潮湿性也会变差。


 (3)因为无铅焊料的熔点高,因而有必要考虑峰值温度与元器材的耐热温度的适应性(230℃-240℃),因而预热结尾温度要高。使有热容量差异的元器材温度能到达均匀。此外因为元器材与母材的氧化,焊膏活性的丢失简单发作焊球,当用锡铅焊膏的助焊剂用于锡银铜焊膏时有必要进步预热温度和预热时刻,这样因为焊接温度的改变将带来担心,因而有必要开发用于无铅锡膏的助焊剂。


 (4)印刷工艺过程中因为焊膏内助焊剂与粉末的反响,在粉末外表有有机金属化合物与有机金属盐分出,构成活动性下降,粘度升高,给印刷功能带来影响,成为焊接不良的原因。


无铅免清洗锡膏的功能特色


无铅免清洗锡膏为适用于高速印刷及贴装出产线,应具有优异的流变性、抗热崩塌性及高安稳性,可是常常发现有些品牌锡膏质量不安稳,遍及的现象是产品试样时功能都可以,但一旦批量运用后就常常呈现质量动摇,如运用过程中锡膏粘度变大乃至发干、印刷质量随时刻下降、焊接不良率动摇严峻等。很多人认为这种动摇可能是因为锡膏厂商在出产过程中操控不严所构成。


其实,由出产操控问题发作的动摇只占一小部分,其它如锡粉质量,助焊剂的安稳性等都是可能引起锡膏质量动摇的重要原因,其间助焊剂安稳性是一切要素中最为重要的。所谓助焊剂的安稳性是指在常温下其物理、化学功能较为安稳,不易结晶或与金属发作反响等。


知名品牌的锡膏如Alpha, Tamura等的助焊剂体系安稳性较高,所以他们的产品在运用过程中也相对较为安稳。国产某品牌无铅锡膏LF-200P的助焊剂体系选用特殊活化体系,该活化体系在常温下体现安稳,根本不与金属及其氧化物发作反响,因而在接连印刷过程中粘度改变很小。在回流焊接时,其活性在温度升高后开端逐步发挥作用直至焊接温度时活性到达最大值。该活化体系亦能避免锡膏在预热及保温过程中的活性过快丢失,从而大幅增宽回流窗口,便于用户调整最佳工艺。


助焊剂在常温下安稳的另一个重要作用是其牢靠功能也相对较高。一切锡膏在回流后总会留下部分助焊剂残留于焊点周围,因而残留下的助焊剂的安稳性对外表绝缘电阻等电功能指标会发作直接影响。LF-200P的长时刻牢靠性彻底不逊于Alpha, Tamura的同类型产品。 


LF-200P与Tamura TLF-204 及Alpha OM-338T的根本特性比较:



无铅焊接选用的合金(SAC305为干流合金)因为熔点进步,所以相对于传统的Sn63/Pb37焊接需大幅升高焊接温度,但是升高温度对元件及PCB都会发作不同程度的危害,因而在确保焊接质量的前提下应尽量下降回流峰值温度。不同品牌的锡膏因为选用不同的助焊剂体系,引荐回流曲线会有所差异。LF-200P无铅锡膏的引荐回流曲线具有回流时刻较短,所需峰值温度较低一级特色,契合无铅锡膏的发展趋势。


LF-200P与其他锡膏的引荐回流曲线比较:



LF-200P无铅锡膏专为高精度外表贴装运用而规划,适用于高速印刷及贴装出产线,具有优异的流变性、抗热崩塌性及高安稳性。特殊规划的组合活性体系使LF-200P能有用削减焊接缺点的发作,下降不良率。该锡膏回流后残留物无腐蚀、无色通明,无需清洗。 LF-200P具有很多优异功能,包括回流峰值温度低,回流时刻短;印刷粘度安稳,确保直通率;潮湿性优异,铺展率高;抗热崩塌性极佳,避免细距离焊接桥连等。


1. 回流峰值温度低,回流时刻短。过高的回流峰值温度或长回流时刻会对元器材和PCB构成不同程度的危害,一同也添加能耗。因而,在确保焊接质量的前提下,尽量下降回流峰值温度或缩短回流时刻对电子产品的牢靠性有重要意义。经过调整回流工艺,LF-200P的峰值温度可下降至230℃,一同亦能取得杰出的焊点质量。图(1)为LF-200P的引荐回流曲线与传统回流曲线的比较:



2. 印刷粘度安稳,确保直通率。锡膏在印刷过程中保持安稳的粘度对印刷质量及直通率有极大影响。有些锡膏在小量试用时并无太大问题,但一旦批量运用后却常常发现粘度上升快乃至发干,下锡量改变大,导致质量动摇严峻等状况。LF-200P的粘度非常安稳,在适合运用条件下(23-25℃,RH:30-60%)可确保接连12小时印刷后粘度无显着改变。图(2)为LF-200P在印刷过程中与其他品牌锡膏(W)的粘度改变比较:



3. 潮湿性优异,铺展率高。潮湿性是确保焊接质量的重要要素。潮湿性优异的锡膏不光可取得牢靠的焊点,一同也能大大下降锡珠及空泛发作的概率。LF-200P不只能在一般裸铜或镀锡板上构成杰出铺展,也能焊接镍、钯等难焊金属。图(3)为LF-200P与其他品牌锡膏(Y)在裸铜板上铺展比较:



4. 抗热崩塌性极佳,避免细距离焊接桥连等不良。跟着电子产品不断小型、多功能化,细距离器材的运用日益增多。LF-200P具有极佳的抗热崩塌性,可有用避免细小距离焊点间发作桥连等不良。图(4)为LF-200P与某进口品牌锡膏(S)的抗热崩塌性比较:



试验条件:陶瓷基板,150±5℃,10分钟

现在LF-200P无铅免清洗锡膏已在全国取得广泛运用和认同。

低银无铅锡膏与低温锡铋铜锡膏


国产某品牌低银无铅锡膏LF-200P-SAC02与低温锡铋铜锡膏LF-200P-SBC1705因为具有优异的性价比,以及挨近63/37的工艺温度曲线而得到广泛运用,现做一简略介绍:

(一)无铅免清洗锡膏LF-200P-SAC02


1. 根本功能


 SAC0307是现在业界研讨较多的无铅合金。作为Sn/Ag/Cu系合金的一员,其归纳功能介于传统的SAC305和SC07之间,有着很好的运用远景。SAC305和SC07都有着各自显着的缺乏:SAC305尽管可焊性及机械功能杰出,但高银含量使其本钱居高不下,给电子产品制作商构成巨大压力,此外高银含量的合金更易发作电搬迁;SC07尽管价格低,但其较差的可焊性限制了焊接质量与出产功率。对电子产品制作商而言,SAC0307在本钱、质量和功率三方面相对较为平衡,是最有期望替代SAC305成为职业干流的无铅合金。


 表(1)为SAC0307与其它合金的物理功能比照:



从图(2)可看出SAC0307抗热疲惫功能较SC07好,稍逊于SAC305。




一般运用潮湿测量法来衡量焊料、助焊剂或母材的可焊性。潮湿时刻越短或潮湿力越强阐明某一被测资料的可焊性越强。


图(3)为SAC0307与SC07无铅合金的可焊性比照:



由上图可见,选用相同的助焊剂,SAC0307在潮湿时刻和潮湿力方面的体现比SAC305稍差。调整助焊剂配方能够显着改进合金的焊接才能。LF-200P-SAC02无铅锡膏运用专为SAC0307规划的助焊剂体系,该锡膏彻底可到达与SAC305相同的潮湿作用,可充沛确保焊接质量。此外,LF-200P-SAC02可运用与SAC305相同的回流工艺,无需进步回流温度便能取得抱负的焊接作用。(以上部分图表摘自北京有色院研讨报告。)



2. 温度曲线


1. 预热区: 以每秒1-4℃的升温速率将温度从室温匀速上升至150℃。

2. 保温区: 用60秒-120秒将温度从150℃陡峭升至180℃,使PCB外表受热均匀。

3. 回流区:

1) 依据不同产品,将峰值温度操控在235-250℃间.

2) 高于220℃的时刻应操控在30-60秒间。

4. 冷却区: 引荐降温速率≥2℃/秒。过慢的冷却速度有时易构成器材移位及下降焊接强度,而冷却过快易添加残留物脆性。




(二)无铅免清洗锡膏LF-200P-SBC1705


1. 根本功能:


 典型无铅锡膏合金(如:Sn96.5/Ag3.5, SAC305等)因为所需回流峰值温度较高,简单对耐热性差的元件或PCB构成危害。 针对这一问题,LF-200P-SBC1705选用Sn/Bi17/Cu0.5无铅合金,使回流工艺与传统Sn63/Pb37焊接根本相同。适中的熔点可削减回流过程中高温对元器材及PCB的危害,一同避免了某些低温无铅合金因固相线温度过低而导致牢靠性下降的问题。下表为SBC1705与其它常用合金的功能比较:



2. 温度曲线:


① 预热区: 以每秒1~3℃的速率将温度升至140~150℃。

② 均温区: 用60~90秒将温度升至160~170℃,使PCB外表受热均匀。

③ 回流区: 以每秒2~4℃的升温速率将温度从170℃升至215~225℃, * 高于210℃的时刻应操控在20-50秒。

④ 冷却区: 引荐降温速率≥2℃/秒。



注意: 过慢的冷却速度易构成器材移位及下降焊接强度,避免在焊点彻底凝结 前移动产品。 


定论


综上所述现在国产无铅锡膏的研发和运用已取得了很大发展,优异的无铅锡膏应为免清洗,无卤素,功能安稳并具有再流焊时刻短,峰值温度低一级特色。低银无铅锡膏因为具有较高的性价比,是值得关注和推广的第二代无铅锡膏。低温锡铋铜无铅锡膏因为具有较低的再流焊峰值温度,也是值得关注的新型锡膏。咱们建议有关主管部门能就国内外锡膏进行一次评价,以推动电子绿色制作和拟定、批改有关规范作业。最后,咱们愿与国内同行一同为打造中华品牌的无铅锡膏而努力奋斗。





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