SMT-表面組裝技術授課教師滕凱電子制造技術概述1表面組裝元器件2印制電路板技術3焊膏與焊膏印刷技術4貼片膠涂敷技術5貼片技術6波峰焊技術7再流焊技術及設備809測試技術10清洗及返修技術目錄焊膏與焊膏印刷技術4

焊膏，又稱焊錫膏、錫膏，它是伴隨著SMT技術應用而生的一種新型焊料，也是SMT生產中極其重要的輔助材料。它的質量好壞直接關系到SMT品質的好壞，因此受到人們廣泛的重視。錫膏是由焊料粉末和糊狀助焊劑混合組成的，是高黏度的膏體，在外力作用下，其流動行為發生改變，并對錫膏的印刷質量有很大的影響。主要了解：錫鉛焊料合金與無鉛焊料合金焊膏與焊膏印刷技術4錫鉛焊料合金

焊料是易熔金屬，它在母材表面能形成合金，并與母材連為一體，不僅實現機械連，同時也用于電氣連接。焊接學中，習慣上將焊接溫度低于450℃的焊接稱為軟釬焊，用的焊料又稱為軟焊料。電子線路的焊接溫度通常在180℃～300℃之間，所用焊料的主要成分是錫和鉛，故又稱為錫鉛焊料。4.1錫鉛焊料合金焊膏與焊膏印刷技術44.1錫鉛焊料合金4.1.1電子產品焊接對焊料的要求電子產品的焊接中，通常要求焊料合金必須滿足下列要求：(1)焊接溫度要求在相對較低的溫度下進行，以保證元件不受熱沖擊而損壞。(2)熔融焊料必須在被焊金屬表面有良好的流動性，有利于焊料均勻分布，

并為潤濕奠定基礎。(3)凝固時間要短，有利于焊點成型，便于操作。(4)焊接后，焊點外觀要好，便于檢查。(5)導電性好，并有足夠的機械強度。(6)抗蝕性好，電子產品應能在一定的高溫或低溫、鹽霧等惡劣環境下進行工作，特別是軍事、航天、通信以及大型計算機等。為此焊料必須有很好的抗蝕性。(7)焊料原料的來源應該廣泛，即組成焊料的金屬礦產應豐富，價格應低廉，才能保證穩定供貨。焊膏與焊膏印刷技術44.1錫鉛焊料合金4.1.2鉛錫合金焊料1．錫的特性錫是延展性很好的銀白色金屬，質地軟，熔點是231.9℃，密度為7.28g/cm3耐，常溫下易氧化，性能穩定。2．鉛的特性鉛也是質地柔軟并呈灰色的金屬，熔點327.4℃，密度為11.34g/cm3。鉛的導電、導熱性能差，鉛與錫有良好的互溶性，塑性優異、鑄造性好，并具有潤滑性。純鉛耐腐蝕性極強，化學性能穩定，但有機酸和強酸對它有強腐蝕作用；鉛對人體有害，以離子鉛的形式進入人體，其毒性很大，尤其對嬰幼兒。焊膏與焊膏印刷技術44.1錫鉛焊料合金4.1.2鉛錫合金焊料

錫鉛合金的特性①密度。錫和鉛混合時，總體積幾乎等于分體積之和，既不收縮不膨脹。

②黏度與表面張力。錫鉛焊料的黏度與表面張力是焊料的重要特性，通常優良的焊料應具有低的黏度和表面張力。③錫鉛合金的電導率。不同配比的錫鉛合金導電率不同。④熱膨脹系數。3

鉛在焊料中的作用①降低熔點，便于焊接。錫的熔點是231.9℃，鉛的熔點是327.4℃，兩者都比焊料融化溫度183℃高，如把錫鉛兩種金屬混合，則其合金的熔點要比兩種金屬的熔點都低，所以焊接過程操作方便。②改善機械性能。由于鉛的加入，其錫鉛合金的機械性，無論抗拉強度還是剪裁強度均比單一成分要提高一倍之多。③降低表面張力。錫鉛合金的表面張力比純錫表面張力低，股有利于焊料在被焊金屬表面上的潤濕。④抗氧化。將鉛摻入錫中，可以增加焊料的抗氧化性能，減少氧化量4焊膏與焊膏印刷技術44.1錫鉛焊料合金4.1.2鉛錫合金焊料焊膏與焊膏印刷技術44.1錫鉛焊料合金4.1.2鉛錫合金焊料5．液態錫鉛焊料的易氧化性

錫鉛焊料在固態時不易氧化，然而在融化狀態下極易氧化，特別是在機械攪拌下，如波峰焊的焊料槽中受到機械泵的攪拌更加劇了氧化物的生成。錫槽表面的氧化皮不斷被軸的攪動所劃破，又包裹著焊料，形成包囊狀并以錫渣的形式出現，大部分在錫槽的表面，但有時少量的氧化皮會夾帶在焊料中，嚴重時還會堵住波峰出口。6．錫鉛焊料中的雜質焊料中主要成分是錫與鉛，有時也會有其他微量元素以雜質的形式混入。有些雜質是無害的，微量金屬的加入反而能起到改善焊料特性的作用，這就不能單純的作為雜質來處理了；有些雜質則不然，及時混入微量，也會對焊接操作盒焊接點的性能造成不良的影響。焊膏與焊膏印刷技術44.1錫鉛焊料合金4.1.3鉛錫合金相圖與焊料特性

鉛錫合金狀態圖表示了不同比例的鉛、錫的合金狀態隨溫度變化的曲線。在圖中，C-T-D線叫做液相線，溫度高于這條線時，合金為液相；C-E-T-F-D叫做固相線，溫度低于這條線時，合金為固相；在兩條線之間的三角形區域里邊，合金是半熔融半凝固狀態。圖中A-B線表示最適合焊接的溫度，它高于液相線50℃焊膏與焊膏印刷技術44.1錫鉛焊料合金4.1.3鉛錫合金相圖與焊料特性2.共晶焊料當Sn/Pb合金以63/37比例互熔時，升溫至183℃，將出現固態與液態的交匯點，即圖中的T點，這一點稱為共晶點，該點的溫度稱之為共晶溫度，為183℃，是不同Sn/Pb配比焊料熔點中溫度最低的。對應的合金成分為Sn-62.7％、Pb-37.3％（實際生產中的配比是63：37)的鉛錫合金稱為共晶焊錫，是鉛錫焊料中性能最好的一種。焊膏與焊膏印刷技術44.1錫鉛焊料合金4.1.4鉛錫合金產品對于鉛－錫合金除了按其百分比構成不同而派生出很多種合金外。成份為Sn63Pb37的焊料，從形狀和用途上又分為：錫膏、錫條、錫絲、錫箔焊膏與焊膏印刷技術44.2無鉛焊料合金4.2.1無鉛焊料應具備的條件為什么要選擇無鉛的焊料合金

Sn-Pb合金（特別是Sn-37Pb），因其成本低廉，良好的導電性和優良的力學和釬焊性能，一直以來廣泛的用于電子整機裝聯、微電子元器件的封裝和印刷電路板級組裝。但是，Pb及含Pb物是危害人類健康和污染環境的有毒有害物質。Sn-Pb釬料在生產及使用過程中會直接危害人體，它與人體蛋白質強烈結合而抑制人體正常的生理功能，造成神經系統和代謝紊亂，使神經系統和生理反應遲鈍，減少血色素而造成貧血及高血壓。此外電子元器件廢棄物中含Pb的釬料會被氧化成氧化鉛，氧化鉛和鹽酸及酸雨中的酸反應形成鉛的化合物，污染環境，最終危害人類的健康。焊膏與焊膏印刷技術44.2無鉛焊料合金4.2.1無鉛焊料應具備的條件

無鉛焊料的標準，目前世界上尚無統一的標準。歐盟EUELVD協會的標準是：Pb質量含量<0.1%；美國JEDEC協會的標準是：Pb質量含量＜0.2%；國際標準組織(ISO)提案，電子裝聯用焊料合金中鉛質量含量應低于0.1%。

無論是0.1％還是0.2％均是很低的數值。所以目前國際公認的無鉛焊料的定義為：以Sn為基體，添加了其它金屬元素，而Pb的含量在0.1～0.2wt%（wt%重量百分比）以下的主要用于電子組裝的軟釬料合金。

焊膏與焊膏印刷技術4無鉛焊料也應該具備與Sn-Pb合金大體相同的特征，具體目標如下：(1)替代合金應是無毒性的。(2)熔點應同錫鉛體系焊料的熔點(183℃)接近,要能在現有的加工設備上和現有的工藝條件下操作。(3)供應材料必須在世界范圍內容易得到,數量上滿足全球的需求。某些金屬如銦和鉍數量比較稀少,只夠用作無鉛焊錫合金的添加成分。(4)替代合金還應該是可循環再生的。(5)機械強度和耐熱疲勞性要與錫鉛合金大體相同。(6)焊料的保存穩定性要好。(7)替代合金必須能夠具有電子工業使用的所有形式,包括返工與修理用的錫線、錫膏用的粉末、波峰焊用的錫條、以及預成型。不是所有建議的合金都可制成所有的形式,例如鉍含量高將使合金太脆而不能拉成錫線。(8)合金相圖應具有較窄的固液兩相區。能確保有良好的潤濕性和安裝后的機械可靠性。(9)焊接后對各種焊接點檢修容易。(10)導電性好,導熱性好。4.2無鉛焊料合金4.2.1無鉛焊料應具備的條件焊膏與焊膏印刷技術44.2無鉛焊料合金4.2.2無鉛焊料的發展狀況

通過長時間的研究,錫被認定為是最好的基礎金屬,因為錫的貨源儲備充足,無毒害,檢修容易,有良好的物理特性,熔點是232℃,與其他金屬進行合金化后熔點不會很高。所以目前廣泛采用的替代Sn/Pb焊料的元毒合金，是Sn為主，添加Ag、Zn、Cu、Sb、Bi、In等金屬元素，組成三元合金和多元合金。

經過大量的比較后篩選出幾種好的錫合金,它們為銅(Cu)、銀(Ag)、銦(In)、鋅(Zn)、鉍(Bi)、銻(Sb)。選擇這些金屬材料可在和錫組成合金時降低焊料的熔點,使其得到理想的物理特性

①錫鋅系(Sn-Zn)

②錫銅系(Sn99.3-Cu0.7)

③錫銀系(Sn-Ag)

④錫銻系(Sn-Sb)

⑤錫鉍系(Sn–Bi)

⑥錫銀銅系(Sn-Ag-Cu)簡稱SAC

焊膏與焊膏印刷技術44.3焊膏

焊膏是由合金焊粉、焊劑載體等組成的膏狀穩定混合物。在表面安裝技術中起到粘固元件，促進焊料潤濕，清除氧化物、硫化物、微量雜質和吸附層，保護表面防止再次氧化，形成牢固的冶金結合等作用。4.3.1焊膏的特性和要求（1）粘度（2）坍塌性（3）工作壽命焊膏與焊膏印刷技術44.3焊膏4.3.2焊膏的組成

焊膏是將焊料粉末與具有助焊功能的糊狀焊劑混合而成的，通常合金焊料粉末比例占總的重量的85%～90％左右，占體積的50%左右。其余是化學成分。焊膏與焊膏印刷技術44.3焊膏4.3.2焊膏的組成(1)

焊粉的制造

焊粉，即焊料粉末，是由焊料合金熔化后，采用高壓惰性氣體噴霧或離心噴霧法、超聲法等方法霧化制成，然后過篩就可以得到不同粒度的焊粉。焊粉末的粒度、形態等對錫膏的質量有舉足輕重的影響，它又取決于霧化工藝及設備的質量。

霧化法的制造原理焊膏與焊膏印刷技術4(2)

焊粉形狀及其對焊膏性能的影響

下圖是放大后的焊粉表面形貌，其中黑色的為富錫相，其亮區為富鉛相。焊粉形狀可分為有規和無規兩種，其形態對焊膏使用性能有一定影響。4.3焊膏4.3.2焊膏的組成焊膏與焊膏印刷技術4(3)

焊粉的粒度

SMT焊膏常用的焊粉為光滑球形。過粗的粉末會導致焊膏粘結性能變差，隨著細間距QFP焊接的需要，將越來越多地使用20μm以下的合金粉末。焊粉顆粒的粗細程度一般用粒度來描述，粒度的單位是目。原指篩網在每1英寸長度上有多少個篩孔（目數），目數越多，篩孔就越小，能通過的顆粒就越細小。(4)

焊料粉末中雜質及其影響在焊料中，除了主要成分Sn和Pb以外，還含有其他微量元素，這些微量元素通常稱為焊料中的雜質。4.3焊膏4.3.2焊膏的組成焊膏與焊膏印刷技術44.3焊膏4.3.2焊膏的組成2．糊狀焊劑

糊狀焊劑在焊膏中的比重一般為10％～15％，體積百分比為50～60％。作為焊粉載體，它起到結合劑、助熔劑、流變控制劑和懸浮劑等作用。它由樹脂、活化劑（表面活性劑、催化劑）、觸變劑、溶劑和添加劑等組成。

優良的焊劑應具備①高的沸點，以防止焊膏在再流過程中出現噴射；②高的粘稠性，以防止焊膏在存放過程中出現沉降；③低鹵素含量，以防止再流焊后腐蝕元器件；④低的吸潮性，以防止焊膏在使用過程中吸收空氣中的水蒸汽而引起粉末氧化。

性能的物質，常用的有調節劑、消光劑、緩蝕劑、光亮劑、阻燃劑等。焊劑的含量對焊膏的塌落度、粘度、粘結性能有顯著影響；另外還能影響到焊接后焊料的堆積厚度焊膏與焊膏印刷技術44.3焊膏4.3.3焊膏的分類及標示

目前，焊膏的品種繁多，尚缺乏統一的分類標準，現僅進行技術性的分類。一般根據合金熔點、焊劑的活性程度及粘度進行分類。1.按焊料合金熔化溫度分類2.按焊劑活性分類可分為：

活性（RA)

中等活性（RMA）

無活性（R)

水洗

免清洗幾大類，以適應不同場合的焊接需要。3.按焊膏粘度分類1.松香型焊膏2.水溶性焊膏3.免清洗低殘留物焊膏4.無鉛焊膏4.3焊膏4.3.4幾種常見的焊膏焊膏與焊膏印刷技術44.3焊膏4.3.5焊膏的評價方法焊膏與焊膏印刷技術4焊膏的檢驗包括三部分：焊膏的使用性能、焊料粉末及焊劑.1．焊膏的外觀2．粘度的測量3．觸變系數的計算4．焊膏的印刷性能5.焊膏的粘結力6．焊球試驗7．焊膏擴展率試驗（潤濕性試驗）8．焊粉在焊膏中所占百分率（質量）9．焊劑酸值、鹵化物、水溶物電導率、銅鏡腐蝕性、絕緣電阻測定4.4模板4.1模板概述焊膏與焊膏印刷技術4

模板（stencil)，又稱為網板、鋼網，它是焊膏印刷的關鍵工具之一,用來定量分配焊膏。（1）模板的結構

下圖所見的模板，其外框是鑄鋁框架（或鋁方管焊接而成），中心是金屬模板，框架與模板之間依靠張緊的絲網相連接，呈“鋼一柔一鋼”的結構。這種結構確保金屬模板既平整又有彈性，使用時能緊貼PCB表面。

(2)模板的管理當一個產品完工或者一天的工作結束時。必須清洗模板。由于細間距的模板開口部位之間的距離狹窄，如果出現阻焊劑流到模板反面和焊膏附著殘留在模板的開口部位面壁上等情況，將會阻礙焊膏的充填性能，發生填充量的變動和連續印刷性能的下降①清洗方法：生產停止30min以上時或者工作結束時需要進行清洗。②保管方法：要保存在室溫變化不大的地方。③壽命：以30000~50000次為標準進行更換。4.4模板焊膏與焊膏印刷技術44.1模板概述4.4模板焊膏與焊膏印刷技術44.2模板的制造（1）化學腐蝕法（減成法）：錫磷青銅、不銹鋼板。用化學方法蝕刻形成模板開孔。適合制作黃銅和不銹鋼模板。（2）激光切割法：不銹鋼、高分子聚酯板。模板開孔使用激光切割而成。（3）電鑄法（加成法）：鎳板。化學方法，但不是在金屬板表面蝕刻出需要的圖形，而是直接電鑄出鎳質的漏板。激光切割化學腐蝕激光切割電鑄法4.4模板焊膏與焊膏印刷技術44.2模板的制造4.4模板焊膏與焊膏印刷技術44.2模板的制造4.4模板焊膏與焊膏印刷技術44.3模板的設計工藝

模板基材厚度及窗口尺寸大小直接關系到焊膏印刷量，從而影響到焊接質量。模板基材厚和窗口尺寸過大會造成焊膏施放量過多，易造成“橋接’’;窗口尺寸過小，會造成焊膏施放量過少，會產生“虛焊’’。因此SMT生產中應重視模板的設計。1.模板良好漏印性的必要條件寬厚比＝窗口的寬度／模板的厚度＝W/H,

W是窗口的寬度，H是模板的厚度。寬厚比參數主要適合驗證細長形窗口模板的漏印性。面積比＝窗口的面積／窗口孔壁的面積＝(L×W)／2×(L＋W)×H,

L是窗口的長度。面積比參數主要適合驗證方形／圓形窗口模板的漏印性。

在印刷錫鉛焊膏時，當寬厚比≥1.6，面積比≥0.66時，模板具有良好的漏印性：而在印刷無鉛焊膏當寬厚比≥1.7，面積比≥0.7時，模板才有良好的漏印性4.4模板焊膏與焊膏印刷技術44.3模板的設計工藝2．模板窗口的形狀與尺寸為了得到高質量的焊接效果，近幾年來人們對模板窗口形狀與尺寸做了大量研究，將形狀為長方形的窗口改為圓形或尖角形，其目的是防止印刷后或貼片后因貼片壓力過大使錫膏鋪展到焊盤外邊，導致再流焊后焊盤外邊的錫膏形成小錫球并影響到焊接質量。在印刷無鉛焊膏時可直接按焊盤設計尺寸來作為窗口尺寸，必要時還可適當增大尺寸。對于間距>0.5mm的器件，一般采取1∶1.02~1∶1.1的開口；對于間距≤0.5mm的器件，一般采取1∶1的開口，原則上至少不用縮小

防錫珠的模板窗口形狀3．模板的厚度

模板厚度直接關系到焊膏印刷后的數量，對焊接質量影響很大1）局部減薄（Step-Down）模板2）局部增厚（Step-Up）模板4．用于通孔再流焊模板設計5．印刷貼片膠模板的設計4.4模板焊膏與焊膏印刷技術44.3模板的設計工藝印膠模板窗口的形態4.5焊膏印刷機理和過程焊膏與焊膏印刷技術44.5.1焊膏印刷機理

焊膏印刷機由開有印刷圖形窗口的網板，把焊膏填充到網板開口部位的刮刀，及固定、定位電路板（PCB）的印刷工作臺構成，材料使用的是焊膏和印制電路板。焊膏印刷時應先將模板窗口與PCB上焊盤圖形對正，定位后，然后放上足夠數量的焊膏，就可以印刷了，在對刮刀施加壓力的同時從左向右移動，使焊膏滾動，把焊膏填充到網板的開口部位。進而，利用焊膏的觸變性和粘著性，把焊膏轉到印制電路板上。焊膏印刷過程可細分為下述兩過程來討論。4.5焊膏印刷機理和過程焊膏與焊膏印刷技術44.5.1焊膏印刷機理

1.非接觸式印刷機理非接觸式印刷，使用篩孔網板(絲網)，在網板和PCB之間設置一定的間隙（間隙印刷）。非接觸式印刷的問題點：①印刷位置偏離。②填充量不足、欠缺的發生。③滲透、橋連的發生。

2.接觸式印刷機理接觸式印刷法中，采用金屬模板代替非接觸式印刷中的絲網進行焊膏印制。網板和基板直接接觸，沒有間隙。印刷時移動刮刀把焊膏填充到網板的開口部位。如果只是這樣焊膏就不能填充到基板上，所以需要把印刷工作臺下降，需要基板離開網板的動作，將焊膏轉移到基板上，這個動作稱為離網動作。4.5焊膏印刷機理和過程焊膏與焊膏印刷技術44.5.1焊膏印刷機理4.5焊膏印刷機理和過程焊膏與焊膏印刷技術44.5.1焊膏印刷機理3．非接觸式印刷與接觸式印刷比較

接觸式印刷與非接觸式印刷原理基本相同，但在設備的用法上有不同。

模板印制和絲網印制的對比4.5焊膏印刷機理和過程焊膏與焊膏印刷技術44.5.2焊膏印刷過程1．焊膏印刷過程印刷焊膏的工藝流程如下：印刷前的準備―調整印刷機工作參數―印刷焊膏／印刷質量檢驗―清理與結束。2．焊膏的保存與使用4.6印刷機簡介焊膏與焊膏印刷技術44.6.1印刷機概述

焊膏印刷機用來印刷焊膏或貼片膠，并將焊膏（或貼片膠）正確地漏印到印制電路板相應的位置上。

當前，用于印刷焊膏的印刷機品種繁多，若以自動化程度來分類，可以分為：手工調節印刷機、半自動印刷機，視覺半自動印刷機、全自動印刷機。

4.6印刷機簡介焊膏與焊膏印刷技術44.6.2印刷機系統組成

多數半自動印刷機和全自動印刷機基本都由以下幾部分組成：基板夾持機構（工作臺）、刮刀系統、PCB定位系統、絲網或模板、模板的固定機構，以及為保證印刷精度而配置的其它選件等。焊膏印刷的特點是位置準確、涂敷均勻、效率高。印刷機必須結構牢固，具有足夠的剛性，滿足精度要求和重復性要求。4.6印刷機簡介焊膏與焊膏印刷技術44.6.2印刷機系統組成1.基板夾持機構

基板夾持機構用來夾持PCB，使之處于適當的印制位置。包括工作臺面、夾持機構、工作臺傳輸控制機構等。2.PCB定位系統

帶雙面真空吸盤的工作臺，可用來印制雙面板。PCB的定位一般采用孔定位方式，再用真空吸緊。工作臺的X-Y-Z軸均可微調，以適合不同種類PCB的要求和精確定位。

PCB的放進和取出方式有兩種：一種是將整個刮刀機構連同網板抬起，將PCB拉進或取出，采用這種方式時PCB的定位精度不高；另一種是刮刀機構及模板不動，PCB“平進平出”，使模板與PCB垂直分離，這種方式的定位精度高，印制焊膏形狀好。3.刮刀系統刮刀系統是印刷機上最復雜的運動機構。包括刮刀、刮刀固定機構、刮刀的傳輸控制系統等刮刀系統完成的功能包括：使焊膏在整個網板面積上擴展成為均勻的一層，刮刀按壓網板，使網板與PCB接觸；刮刀推動模板上的焊膏向前滾動，同時使焊膏充滿模板開口；當模板脫開PCB時，在PCB上相應于模板圖形處留下適當厚度的焊膏。刮刀有金屬刮刀和橡膠刮刀等，分別應用于不同的場合。

4.6印刷機簡介焊膏與焊膏印刷技術44.6.2印刷機系統組成4.模板固定裝置下圖是一個滑動式模板固定裝置的結構示意圖。松開鎖緊桿，調整模板(鋼網)安裝框，可以安裝或取出不同尺寸的模板5.模板清潔裝置

滾筒式卷紙模板清潔裝置，能有效的清潔模板背面和開孔上的焊膏微粒和助焊劑。裝在機器前方的卷紙可以更換、維護。為了保證干凈的卷紙清潔模板并防止卷紙浪費，上部的滾軸由帶剎刀的電機控制。內部設有溶劑噴灑裝置，清潔溶劑的噴灑量可以通過控制旋鈕進行調整。4.6印刷機簡介焊膏與焊膏印刷技術44.6.2印刷機系統組成4.6印刷機簡介焊膏與焊膏印刷技術44.6.3印刷機工藝參數的調節與影響1．刮刀的夾角2．刮刀的速度3．刮刀的壓力4．刮刀寬度5．印刷間隙6．分離速度7．離網距離8．刮刀形狀與制作材料（1）刮刀材料：①橡膠（聚胺酯）刮刀②金屬刮刀（2）刮刀形狀和結構4.7常見印刷缺陷分析焊膏與焊膏印刷技術44.7.1常見的印刷缺陷印刷品質印刷精度