二、在元件贴装的工艺过程中,焊膏起着对元件定位的作用。当贴装工艺向着高速度、高精度和高密度的方向发展时,对焊膏的可贴装性能提出了越来越严格的要求。
目前贴装机的运行速度已经越过了O.1秒/chip大关,甚至已达到了O.075秒/chip的超高速度。当贴装速度达到O.1秒/chip时,已贴装在焊盘上的元件随X-Y工作台移动的加速度将会超过25~30米/秒。如果焊膏对元件没有足够的粘接力,元件将有可能随着X-Y工作台的高速移动而产生位移或从焊盘上被甩出。因此,并非所有的焊膏都能满足高速贴装的要求。在有些焊膏的技术说明中,提供了焊膏的粘接能力的数据。一般的说,很多种型号的焊膏对元件的粘接能力在很长时间内保持2gin/mm2的水平。影响焊膏对元件粘接可靠性的主要因素是焊膏的粘性,必须根据机器的贴装速度选择焊膏的粘性和粘度。例如,在我们的SMT生产线中,使用RM92 AAS 90(Multicore公司产)、HML-RMA-A14(Almit公司产)等型号的焊膏均能较好的适应O.1秒/chip的贴装速度的要求。
在贴装精细间距的元器件(例如,O.5mm或O.4mm引线间距的QFP、TSOP等),或元件密度很大的情况时,必须选用粘度较大、抗塌陷能力强的焊膏,以便使印刷出来的焊膏图形轮廓清晰、外形完整。
由于在高速度贴装与高精度贴装时对焊膏粘度的要求是不同的,如果在一块PCB板上既有大量高速贴装的元件,又有需高精度贴装的器件时,必须对焊膏的贴装性能进行全面的考虑,兼顾高速度与高精度这二者的要求。一般来说,应优先满足高精度贴装的要求,哪怕在贴装速度上作出一点牺牲也是必要的。
助焊剂是构成焊膏的最重要的成分之一,它决定了每一种焊膏许多重要的物理、化学性质,而且对焊点的完美及焊接的可靠性起到决定性的作用。焊膏内的助焊剂与波峰焊所使用的助焊剂一样,都应遵循MIL-F--14256以及其他有关的技术规范。在波峰焊工艺中,助焊剂是通过焊剂槽而采用喷雾或发泡的方式对PCB板上所有的焊盘集中进行涂敷,易于保证涂敷的均匀一致。而在再流焊工艺中,助焊剂的涂敷是通过印刷的方式对每一个焊盘分散进行涂敷的,因而涂敷的均匀一致性较难得到保证。用户最为关心的首先是助焊剂的活性。为了使焊膏能对各种PCB板、元器件引线的焊接有着良好的适应性,助焊剂应当具有适度的活性。大部分焊膏选用RMA型中性焊剂,这种类型的焊剂具有一定的活性而无腐蚀性。在焊接PLCC、SOJ或BGA等一些器件时,由于焊接后在这些元件引线(或焊盘)上的焊剂残渣极难清除干净,使用RMA型焊剂是较为安全的,在高密度组装的场合下尤为适用。当在氮气的氛围中进行焊接时,可以使用活性更低的焊剂。只有在PCB板、元件引线的可焊性较差的情况下,才不得不选用强活性的焊剂。出于对环境保护的需要,很多厂商都在不遗余力地推出免清洗焊膏,甚至是低残渣焊膏。不管助焊剂的类型如何,它都应当使焊膏具有良好的可焊性,并使焊接过程的可操作温度范围较宽,对各种不同的焊接方法有着很强的适应能力。
焊料粉末是构成焊膏的主体组分。焊料粉末的成分、焊料粉末的形状、粉末粒度的分布和金属的重量百分比含量是标示焊料粉末特征的四大要素。在绝大多数的电子产品中,均使用铅锡合金体系,尤其是Sn63Pb37共晶合金的使用最为普遍,Sn63Pb37合金具有较低的熔点和良好的流动性,是十分理想的焊接材料。在通信类电子产品中,更倾向于采用Sn62Pb36Ag2合金,以改善焊点的电气连接性能。这种含Ag的铅锡合金具有更宽的焊接温度范围,有利于焊接工艺参数的选择。焊料粉末的形状、粉末粒度和金属的重量百分比含量对焊膏的抗塌陷能力有很大的影响。当组装的精度和密度不高的情况时,对这三者的要求可以不太严格,但当精度和密度很高时,应选择焊料粉末为球形、粒度较细且分布均匀、金属含量高一些的焊膏,以减少焊接以后产生桥接的机会。粒度粗大的焊料粉末,焊接时形成焊球的可能性也会增加。
焊接时在焊盘之外的板面上产生焊球,原因是多方面的,但与焊膏的焊接性能也有很大的关系,尤其是如果焊膏内含有水分的话,产生焊球的现象将会更加严重。焊膏制造商必须对制造的焊膏作可焊性测试,除通常的铺展试验(Spread Test)以外,还要作焊球试验,试验的结果必须符合相关的技术规范。
应当指出,焊膏的工艺性是多方面的,除了以上所叙述的以外,还有其他一些也很重要的工艺要求。例如,应当具有操作的安全性,包括阻燃、低毒(甚至是无毒)、无刺激性气味;应当具有较为宽容的储存条件和尽可能长的储存期限,等等。随着焊膏制造商的不断努力,将会有越来越多的、工艺性能完美的焊膏提供给广大用户。