微電子器件的軟釬焊及表面組裝技術(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 氮氣還可能引起樹脂過分鋪展，從而使橋接危險增大。 第四節 軟釬劑 對于免清洗軟釬劑，通常希望其具有以下特點： l） 潤濕 率或 鋪 展面 積 大，具有良好的 軟釬焊 性能； 2） 焊 后無剩余物，印刷 電 路板表面干 凈 不粘； 3）固 態 含量 極 少，不含 鹵 化物，易 揮發 物含量 極 少； 4） 焊 后印刷 電 路板的表面 絕緣電 阻高； 5）能 夠進 行良好的探 針測試 ； 6）操作工 藝簡 便易行，煙 霧氣 味小； 7）常 溫 下化 學 性能 穩 定，無腐 蝕 作用。 對 于每 種 具體的免 清 洗 釬劑來說 ，要同 時滿 足上述要求是非常困 難 的。 國內 外的免 清 洗釬劑 都是根據不同的要求 來 配制的。如固 態 物含量的降低有利于降低腐 蝕 性， 減 少 焊 后的殘 余物及 獲 得 較 高的表面 絕緣電 阻，但卻 會 削弱 發 泡 質 量，影 響軟釬焊 性。而增加固 態 物的含量 雖 有利于提高 軟釬焊 性， 減 少 橋 接和 焊 球，但卻 導 致表面 絕緣電 阻下降， 殘 余物增加，表面 發 粘等。因此，只能根據具體 產 品的要求 來決 定合取和適 當 平衡。 免 清 洗 軟釬劑 的具體配方多 屬專 利，各生 產廠 家 對 其 產 品也只是介 紹 其性能和適用范 圍 ，如 Multicore公司的 X32105免 清 洗 釬劑 是一 種 不含天然松香、無 鹵 化物的完全 沒 有 殘 留物的 釬劑 ，可用于一般基板（包括 單 面板、 雙 面板和多 層 板）的 釬焊 。 這種釬劑 適用于 發泡、 噴霧 和浸 漬 等工 藝 方法。 該釬劑釬 后 檢驗 通 過 了美 軍清潔 度 標 準（ MlL— P28809）、美 軍銅鏡試驗 （ MlLF1426）、英 國軍規 （ DTD599A）和美 國貝 爾 規 范（ TRTSY00008）。其一般特性 為 ：相 對 密度 177。 （在 25℃ 下）；固體含量 ％ 177。 w；酸 值 16177。 KOHl/g； 閃 點 12℃ ； 氣 味酒精味；色 澤 無色 第五節 藥芯軟釬焊絲和釬料膏 藥芯軟釬焊絲（俗稱焊錫絲）和釬料膏（即焊膏）都是釬料合金與釬劑的復合體，其共同的特點是在釬焊時，釬料和釬劑是一次性同時施加上去的，所不同的是軟釬焊絲為絲狀，主要用于手工烙鐵釬焊，而釬料膏為膏狀物，多用于各種再流焊過程。 一、藥芯軟釬焊絲 藥芯軟釬焊絲是將軟釬劑預先密封在釬料合金坯料的內部，經過拉拔而制成的中心為軟釬劑芯，外邊包裹有軟釬料合金的絲材。按照不同的釬料合金與不同性能的釬劑組合，可以有很多品牌和規格的藥芯軟釬料絲。而按照釬劑類型的不同，大體上可以分為以下幾類： 第五節 藥芯軟釬焊絲和釬料膏 （ 1）樹脂芯軟釬焊絲 此類為以松香基軟釬劑為芯的軟釬料絲。以松香為軟釬劑制作成松香芯軟釬焊絲由來以久，隨著各種活性松香基軟釬劑的開發和應用，也出現了符合 － S－ 5l7E標準的各種 R型、 RMA型和 RA型等樹脂芯軟釬焊絲。近年來，為避免樹脂芯軟釬焊絲中釬劑的空斷并提高拉制的效率，國外多數廠家采用三芯和五芯的釬劑模具擠制坯料，并拉制出了多芯的軟釬料絲。此外，基于軟釬料合金的優良塑性和先進的拉伸技術，現已可將絲徑拉伸到 0． 23mm。 軟釬料絲的性能指標應同時滿足對單純釬料和釬劑所要求的指標，如合金的熔點，釬劑的腐蝕性，殘渣量等。此外，由于藥芯軟釬料絲多由釬焊工人手工操作使用，因此而特別希望藥芯軟釬料絲的發煙量少，氣味無刺激，無有害氣體以及不產生釬劑的崩濺等。 第五節 藥芯軟釬焊絲和釬料膏 （ 2）無鉛軟釬焊絲 這是隨著國際社會禁止用鉛的呼聲不斷高漲，各種無鉛釬料的研制不斷獲得成功而出現的新型軟釬焊絲。這類軟釬焊絲的藥芯（釬劑）與傳統的各類軟釬焊絲并無明顯差異，只是用無鉛釬料替代了錫鉛釬料合金。 （ 3）水溶性樹脂芯軟釬焊絲 已有多家公司用水溶性釬劑作為藥芯材料制作出了殘渣可用水清洗的藥芯軟釬焊絲。如 Alpha公司和 Kester公司所生產的水溶性藥芯軟釬焊絲都具有釬后殘渣可用水清洗，以及熱穩定性更為優良的特點。 Multicore Hydro－ X水溶性軟釬焊絲含有專門為電子工業研制的水溶性釬劑。雖然其活性極強而適用于焊難釬焊的零件，但其殘渣可以迅速完全地溶于水而除去。 第五節 藥芯軟釬焊絲和釬料膏 （ 4）免清洗藥芯軟釬焊絲 以免清洗釬劑作為藥芯材料所制成的軟釬焊絲即為免清洗藥芯軟釬焊絲。表 4－ 8給出了 KuPing公司生產的免清洗藥芯軟釬焊絲的各項技術指標 表 48 免清洗藥芯軟釬焊絲的技術指標 第五節 藥芯軟釬焊絲和釬料膏 二、釬料膏 釬料膏是由釬料合金粉末、釬劑及粘結劑混合所構成的膏狀體，其優點在于容易實現釬料量的控制，便于復雜結構的裝配和易于實現釬焊過程自動化。 在實際生產過程中，經常會遇到需要將粉狀釬料與釬劑混合并用溶劑調成糊狀來使用。從原則上來說，這也可以稱之為釬料膏或膏狀釬料。但目前真正以成型產品出售并獲得比較廣泛應用的還僅限于電子產品釬焊用的釬料膏。隨著微電子組裝技術的發展和表面組裝技術的不斷推廣應用，對釬料膏的需求量也越來越大。新型的具有更為優異性能的釬料膏也在不斷問世。釬料膏已成為印制電路板組裝中用來形成電子元器件外引線軟釬焊接頭的最重要材料。一般而言，印制電路板組裝的第一道工序即為在其焊盤上印制 /滴注釬料膏。 第五節 藥芯軟釬焊絲和釬料膏 （ 1）釬料膏的組成 電子級釬料膏通常是由釬料合金粉和釬劑載體（軟釬劑、溶劑、活化劑和調節流變特性的介質等）組成。 1）釬料合金粉 釬料合金粉末是釬料膏的重要組成部分，約占釬料膏總重量的 85％～ 90％，總體積的 50～ 60％。釬料合金粉末由熔融態釬料合金經霧化沉積工藝制成。霧化沉積工藝是指采用高壓氣體（空氣、氬氣、氮氣）或水為介質將液態金屬或合全破碎成小液滴，然后快速冷卻成粉末的過程 第五節 藥芯軟釬焊絲和釬料膏 釬料合金粉末的主要性能參數為粉末顆粒形狀和粉末粒度。粉末顆粒形狀分為球形和不定形， ANSI／ JSTD． 005 中規定釬料合金粉末中至少有 90％為球形，球形的定義標準為顆粒長一寬比在 l． 0～ 1． 07之間（見圖 47）。 圖 47 球形釬料合金粉末 第五節 藥芯軟釬焊絲和釬料膏 表 39 粉末目數與粉末直徑的對應關系 粉末粒度是粉末直徑的一種表征方法，通常以目數為單位。粉末粒度與粉末直徑之間的對應關系如表 3－ 9所示。 第五節 藥芯軟釬焊絲和釬料膏 表 410 JSTD005 中對釬料合金粉末尺寸分布的要求 目數越大，合金粉末直徑越小，固定質量的粉末群的表面積越大，因此也越容易氧化。 JSTD－ 005 中規定的粉末顆粒尺寸分布如表 410所示 第五節 藥芯軟釬焊絲和釬料膏 釬料合金粉是構成釬縫金屬的主要來源。通常對錫鉛系軟釬料合金粉的成分及顆料度的允差是很小的。釬料合金粉的形狀以球形為主，也有采用不定型粉與球形粉混合使用的。 粉的顆粒度一般取為 100目（ 149181。m）、 200目（ 74181。m）、 250目（ 63181。m）、 300目（ 46181。m）、 325目（ 45181。m）和 325目以下（＜45181。m）等幾個等級，以便適應不同的涂覆方法。絲網印制時，一般要求用 200325目的合金粉，模板印刷時，粉的顆粒度可以稍大一些，并且粉的顆料度要均勻一致。釬料膏中的合金粉含量（質量分數）通常在 75％ 90％左右。為獲得釬后較高的金屬沉積量，常取 85％ 90％。 第五節 藥芯軟釬焊絲和釬料膏 2）釬料載體 載體控制著釬料膏的干燥速度并與釬料合金粉一起控制著流變行為，主要起著凈化釬料合金粉的表面和促進潤濕的作用。載體在室溫下應是液體或凝膠體，在 85℃ 下迅速干燥，并且在釬焊溫度下維持其活性。 載體主要由松香或樹脂、溶劑、活化劑和流變改性劑組成。松香是釬劑的主體，常用水白松香。 活化劑可以是有機胺、有機酸或胺的鹵氫酸鹽等。根據其活性程度同樣分為 R型， RMA型、 RA型、 OA型、SRA型、 SA型等。同時又將活性劑及其殘留物的活性分為三等，低（ L）、中等（ M）和高（ H）；另一方面，又特別注明了活性劑中鹵化物的含量， 0代表不含鹵化物， l代表含有鹵化物，在含有鹵化物的活性劑中， L形的標準是鹵化物含量 O． 5％， M形為 0． 5％～ 2.0％， H形為＞ ％。溶劑和流變改性劑主要用于調節液體的流動性和粘度。為保證釬料膏的長期使用性能，溶劑可選用單種或多種有機物系統。 第五節 藥芯軟釬焊絲和釬料膏 溶劑作為載體，溶解釬劑系統中的各種固體成分，使之成為均相溶液。溶劑的基本特性如下： l）對釬劑系統中各種固體成分均有良好的溶解性； 2）室溫下具有非常低的蒸汽壓，可以滿足粘性和緩慢干燥的要求； 3）在預熱工序可以完全蒸發且不發生飛濺： 4）具有低毒性和高閃點。 添加劑是指為適應工藝及工藝環境而加入的具有特殊物理和化學性質的物質。最重要的添加劑是流變調節劑，又稱粘結劑，用來控制釬料膏的粘度和沉積特性。流變性能是釬料膏最重要的整體性能。流變性是指流體在恒定或可變的切力作用下粘度隨時間變化的特性。對于釬料膏而言，其粘度應在刮扳的切力作用下迅速減小以利于印制，而一旦印制終止則恢復原來值。這是釬料膏能夠被涂覆于印制電路板的焊盤之上，又能在涂覆后保持一定粘度以固定電子元器件的基礎 第五節 藥芯軟釬焊絲和釬料膏 （ 2）釬料膏的類型及用途 釬料膏的種類可以按釬料 、 釬劑和使用方式的不同來劃分。 按照使用方式的差異，可以將釬料膏分為絲網印刷用釬料膏，模板印刷用釬料膏和定量分配器用釬料膏。按這種方式劃分釬料膏，其差異主要體現在釬料合金粉的顆粒度上，定量分配器用釬料膏的釬料合金粉最細，絲網印刷用釬料膏的合金粉次之，模板印刷用針料膏的合金粉最粗。 釬料膏也可以按合金粉的成分來劃分。錫鉛合金系釬料膏是應用最為廣泛的一類，尤其以 Sn60/Pb40和 Sn63/Pb37兩種應用最多。 Sn5／ Pb95和 Snl0/Pb90由于合金的熔點較高，因而用于要求較高釬焊溫度的場合。錫鉛銀系釬料膏主要用于鍍銀材料的釬焊，釬料合金粉成分中添加銀是為了減少厚膜中銀的過分溶解。常用的有 Sn62/Pb36／ Ag2和 Sn5/Pb93． 5／ Agl． 5。錫銀系釬料膏中典型的為 Sn95／ Ags和 Sn96． 5／ Ag3． 5，其釬焊溫度比較高，通常用于要求焊點具有較高強度和較高的抗熱疲勞性能的場合。此外還有錫銻系，銀銻系，鉛銦系和錫銦系等，其特點與相應的釬料合金相同 。 第五節 藥芯軟釬焊絲和釬料膏 表 411 為日本田村釬料膏的合金成分及用途 第五節 藥芯軟釬焊絲和釬料膏 按照釬劑類型的不同，又可將釬料膏分為樹脂基釬料膏，水清洗釬料膏和免清洗釬料膏，而按照釬劑活性的差異，則可分為 R型、 RMA型、 RA型釬料膏等。這主要取決于所用釬劑的類型。英國 Multicore公司的最新產品目錄中介紹了它所生產的四類釬料膏： l）免清洗型（氮氣氛） —— 配方特殊，氮氣釬焊流程完美，固體物含量極低，釬后目檢不易分辨出殘留物，減少對清洗的要求； 2）免清洗與低殘留物型 —— 可用于空氣或氮氣釬焊流程，釬后殘留物低，可以不進行清洗； 3）普通松香型 —— 傳統的松香釬料膏，殘留物安全無腐蝕性，也可提供含有鹵化物或非鹵化物活化劑的釬料膏，以滿足軍用和民用產品的要求； 4）水溶型一一釬后殘渣易于用水清除，活性強，可用于難以釬焊的表面，網印壽命長。 除上述四類之外，還有一種 X－ 32型“無渣”釬料膏，其釬劑是根據該公司的X－ 32專利合成化學制劑制成，不含松香，不含鹵化物，釬后不留殘渣。用這種釬料育生產的印刷電路板，不用清洗即可達到軍用標準 MlL－ P－ 28809清潔度試驗的要求 第五節 藥芯軟釬焊絲和釬料膏 表 412給出了該公司釬料膏的釬劑類型和用途。表 413給出了一些國內生產的釬料育類型及適用范圍。 表 412 英國 Multicore公司釬料膏的釬劑類型和用途 表 413 國內市場銷售的釬料育 第五節 藥芯軟釬焊絲和釬料膏 （ 3）釬料膏的特性及要求 1）粘度 釬料膏的粘度是受釬料合金粉的形狀及顆粒度、釬劑成分及含量和溫度等因素影響的主要性能之一。粘度的確定要考慮使用方式、印刷量的大小以及印刷圖形的形狀等。為獲得良好的印刷性能，就要選擇粘度適當的釬料膏，從而保證在印刷過程中不粘網，不糊網。表 414給出了不同使用方式所對應的釬料膏粘度的參考值 表 414釬料膏使用的參考值 第五節 藥芯軟釬焊絲和釬料膏 2）軟釬焊性 釬料膏的軟釬焊性主要取決于其釬劑的活性和釬料合金粉的性能，對此可參照釬劑、釬料的特點加以分析和檢驗。 3）坍塌性 釬料育的坍塌性與其粘度、釬料粉的形狀和顆料度分布、釬劑含量及印刷厚度等因素有關。細密的印刷圖形容易形成塌邊，造成器件引腳間的橋接。 4）殘留顆料 釬料膏經長時間放置后粘