SMT是表面組裝技術(shù)(表面貼裝技術(shù))Surface Mount Technology的縮寫,是目前電子組裝行業(yè)里最流行的一種技術(shù)和工藝。
SMT技術(shù)主要包括:錫膏印刷、精確貼片、回流焊接。其中,錫膏印刷質(zhì)量對SMT產(chǎn)品的質(zhì)量影響很大。據(jù)業(yè)內(nèi)評測分析約有60%的返修板子是因錫膏印刷不良引起的。所以,針對于錫膏本身的研究,對優(yōu)化SMT工藝關(guān)鍵環(huán)節(jié)、提高產(chǎn)品質(zhì)量有著重要意義。
焊錫膏的組成 PART 01
焊錫膏是將焊料粉末與具有助焊功能的糊狀助焊劑(松香、稀釋劑、穩(wěn)定劑等)混合而成的一種漿料。就重量而言,80~90%是金屬合金,就體積而言,金屬和焊劑各占50%。
圖3錫膏顆粒形貌圖(SEM)(左)
圖4 錫粉表面包覆示意圖(右)
焊錫膏的焊劑是錫粉顆粒的載體,它供應(yīng)最合適的流變性與濕度,促進(jìn)熱量傳遞到SMT貼片區(qū),縮減焊料的液體表面張力。在這當(dāng)中不一樣的成分表現(xiàn)出不同的作用:
①溶劑:該成分焊劑成分的溶劑,在錫膏的攪伴操作過程上具有自動(dòng)調(diào)節(jié)均勻的的作用,對焊錫膏產(chǎn)品壽命有較大影響。
②樹脂:起到加大錫膏粘結(jié)性,還有修復(fù)和防止焊后PCB再度氧化性的重要作用,該項(xiàng)基本成分對零件固定達(dá)到至關(guān)重要的作用。
③活化劑:起到去除PCB銅膜通孔表層及零件SMT貼片部位的氧化性物質(zhì)的作用,同時(shí)具有縮減錫、鉛液體表面張力的功效。
④觸變劑:自動(dòng)調(diào)節(jié)焊錫膏的粘度,在印刷中起到防止拖尾、粘連等情況的的重要作用。
焊錫膏的分類 PART 02錫膏的質(zhì)量也會(huì)直接影響到SMT貼片加工的焊接質(zhì)量,并且針對不同的生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品也需要選擇不同種類的錫膏。常見的錫膏分類如下:
分類方法 |
錫膏細(xì)分類 |
指標(biāo)、特點(diǎn) |
鉛含量 |
有鉛錫膏 |
如:SnPb63:37 |
無鉛錫膏 |
如:SnAgCu96.50.5 |
|
合金焊料熔點(diǎn) |
高溫錫膏 |
>217℃ |
中溫錫膏 |
173~200℃ |
|
低溫錫膏 |
138~173℃ |
|
清洗方式 |
有機(jī)溶劑清洗類 |
松香焊膏 |
水清洗類 |
活性較強(qiáng) |
|
半水清洗類 |
一般不含Cl離子、比較環(huán)保 |
|
免清洗類 |
||
焊劑活性 |
R級 無活性 |
航天、航空產(chǎn)品焊接 |
RMA級 中度活性 |
軍事、高可靠性電路組件 |
|
RA級 完全活性 |
消費(fèi)類電子產(chǎn)品 |
|
SRA級 超活性 |
||
其他 |
按黏度、合金顆粒大小分類 |
圖5 松香助焊劑紅外譜圖 圖6 無鉛焊錫膏
焊錫膏檢測項(xiàng)目 PART 03SMT貼片加工過程中,為保證產(chǎn)品成型質(zhì)量高,對于焊膏有許多要求,比如:需要良好的潤濕性能,即選用焊劑中活性劑和潤濕劑成分,以便達(dá)到潤濕性能要求等,針對各項(xiàng)指標(biāo),焊錫膏的常規(guī)測試項(xiàng)目如下:
圖7 回流焊中的“錫珠”現(xiàn)象 (左)
錫膏(Solder Paste)是一種廣泛應(yīng)用于PCB表面貼裝技術(shù)的焊接材料,其成分復(fù)雜,通常是由焊料合金粉末、有機(jī)小分子和高分子等多成分構(gòu)成的灰色膏體。錫膏的成分和性能對電子裝聯(lián)產(chǎn)品的可靠性起到關(guān)鍵的作用,因此分析錫膏的成分對保持錫膏的一致性和裝聯(lián)產(chǎn)品的可靠性具有重大意義和必要性。
一、錫膏的前處理
-
稱取一定量樣品置于標(biāo)準(zhǔn)離心管中,用一定量有機(jī)溶劑超聲助溶解,得到灰色混合體,靜置10min下層為灰色金屬粉末,上層為溶液和懸浮物的混合液;
-
分離灰色金屬粉末和上層混合液,并對金屬粉末低溫烘干稱量、備用;
-
將上層混合液離心分離,得到溶液部分和懸浮物沉淀,對懸浮物沉淀低溫烘干稱量、備用。
二、檢測分析 01金屬粉末
稱量烘干后的金屬粉末,可得知金屬粉末在錫膏的含量為88.13%。對金屬粉末采用ICP-OES進(jìn)行測試,測試結(jié)果表1
序號 |
組分 |
檢出限 (mg/kg) |
測試結(jié)果 (mg/kg) |
1 |
鉍(Bi) |
10 |
5.31×104 |
2 |
銻(Sb) |
10 |
5.22×104 |
3 |
銀(Ag) |
10 |
3.25×104 |
4 |
銅(Cu) |
10 |
7.10×103 |
5 |
鉛(Pb) |
10 |
345 |
6 |
鎳(Ni) |
10 |
326 |
7 |
鈉(Na) |
10 |
286 |
8 |
鐵(Fe) |
10 |
168 |
測試結(jié)果主要是鉍、銻、銀、銅四種金屬元素和鉛、鎳、鈉、鈉等雜質(zhì)元素。錫含量由余量法可得85.40%
02上層混合液中的溶液
采用GC-MS進(jìn)行測試可知其主要物質(zhì)是二乙二醇己醚、松香和苯并三氮唑。色譜圖如圖1,質(zhì)譜匹配信息如圖2-4。
圖1
圖2
圖3
圖4
對上述結(jié)果采用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)不同濃度的GC-MS測定得到的標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行定量分析,測試并計(jì)算結(jié)果見表2
序號 |
組分 |
檢出限 (mg/kg) |
測試結(jié)果 (mg/kg) |
1 |
二乙二醇己醚 |
10 |
6.91×104 |
2 |
苯并三氮唑 |
10 |
1.02×103 |
同時(shí)使用IC對溶液中可能含有的有機(jī)酸進(jìn)行測定,其圖譜為圖5
圖5
經(jīng)分析圖5中的45.46min的出峰是蘋果酸信號,并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算可得蘋果酸在錫膏中的含量為0.098mg/L.
03懸浮物
稱量烘干后的懸浮物,可得知其在錫膏中的含量為0.10%。使用FT-IR對懸浮物進(jìn)行測試,其紅外譜圖如圖6,物質(zhì)匹配如圖7。
圖6
圖7
3301cm-1酰胺基的-NH的伸縮振動(dòng),2916 cm-1、2850 cm-1是-CH2的伸縮振動(dòng),1632 cm-1是羰基的-C=O的伸縮振動(dòng),1536 cm-1是N-H的面內(nèi)彎曲,1469cm-1是CH2的變角振動(dòng),1240 cm-1是C-N的伸縮振動(dòng),719 cm-1是CH2的面內(nèi)搖擺振動(dòng),687 cm-1是N-H面外彎曲振動(dòng)。由紅外光譜結(jié)果可知懸浮物是聚酰胺類物質(zhì),結(jié)合其在溶液中的存在形式為懸浮,可推測懸浮物為酰胺類低聚物。
三、輔助分析
1、金屬粉末SEM+EDS電鏡掃描及能譜分析
金屬粉末的電鏡掃描形貌圖8,元素能譜圖9-11
圖8
圖9
圖10
圖11
從以上能譜分析中可知金屬粉末主要是錫、鉍、銻、銀、銅五種元素,此結(jié)果ICP-OES測試結(jié)果一致。
2、錫膏本體的紅外光譜分析
錫膏本體的紅外譜圖如圖12,物質(zhì)匹配如圖13
圖12
圖13
2926cm-1、2862 cm-1是-CH2的對稱及反對稱伸縮振動(dòng),1696、1634cm-1是羰基的-C=O的伸縮振動(dòng),1458 cm-1、1385 cm-1是CH2的彎曲振動(dòng),1104cm-1是(CH3)2CHR伸縮振動(dòng),1065 cm-1是C-C伸縮振動(dòng)。由紅外光譜圖結(jié)果及匹配結(jié)果可知錫膏本體為松香類物質(zhì),此結(jié)果與GC-MS中的松香信息一致。
四、分析結(jié)論
序號 |
組分名稱 |
CAS No. |
含量% |
主要功能 |
|
1 |
金屬 粉末 |
錫(Sn) |
7440-31-5 |
75.3 |
焊接 |
2 |
鉍(Bi) |
7440-69-9 |
4.7 |
||
3 |
銻(Sb) |
7440-36-0 |
4.6 |
||
4 |
銀(Ag) |
7440-22-4 |
2.9 |
||
5 |
銅(Cu) |
7440-50-8 |
0.6 |
||
6 |
溶液 |
二乙二醇 單己醚 |
112-59-4 |
6.9 |
溶劑 |
7 |
松香 |
/ |
4.7 |
成膜劑 |
|
8 |
蘋果酸 |
6915-15-7 |
0.1 |
活性劑 |
|
9 |
苯并三氮唑 |
95-14-7 |
0.1 |
緩蝕劑 |
|
10 |
懸浮物 |
酰胺低聚物 |
/ |
0.1 |
觸變劑 |
審核編輯 :李倩
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