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表面组装技术基础(二) - 技术长廊 - 电子产品

器件困难,并需专用工具;③元器件与印制板之间热膨胀系数(CTE)一致性差。随着专用拆装设备及新型的低膨胀系数印制板的出现,它们已不再成为阻碍SMT  深入发展的障碍。
    5.2  表面组装用的PCB
    用于SMT的PCB称为 SMB(surface mount printed circuit board)。SMB 与传统的PTH<BR>安装的PCB有很大的不同。PTH技术中的PCB是单层板或双层板。而SMB一般是多层的。<BR>多层PCB是指有三层以上导电层的铜箔的PCB。
    5.2.1 SMB  结构
    一、印制电路板的结构
    (一)绝缘基板印制电路板的绝缘基板是由高分子的合成树脂与增强材料组成。合成树脂的种类很多,常用的有酚醛、环氧、聚四氟乙烯树脂等。增强材料——般有玻璃布、玻璃毡或纸等,它们决定了绝缘基板的机械性能和电气性能。常见的绝缘基板材料有以下几种。
    (1)环氧酚醛玻璃布层压板用玻璃布浸以环氧树脂和酚醛树脂配成的合成树脂经热压而成。它的机械性能和电气性能都优于酚醛树脂板,而且这种绝缘基板透明度好,但价格偏高。
    (2)聚四氟乙烯层压板具有良好的抗热性和电气性能,用于高频或超高频线路中。除以上几种外,还有以聚苯乙烯、聚酯和聚酰亚胺等材料制成的绝缘基板。
    (二)铜箔
    铜箔是印制电路板表面的导电材料,它通过粘合剂粘贴在绝缘基板的表面,然后再制成印制导线和焊盘,在板上实现元器件的相互连接。因此,铜箔是印制电路板的关键材料,必须有较高的导电率和良好的焊接性。导线是在由铜箔层经过照相、制版、腐蚀而成的。
    二、SMB的特征: SMB有如下特点:
    高密度
    小孔径
    多层数
    CTE  低(尺寸稳定性好)
    耐温性好<BR>平整度高
    5.3  表面安装材料组装材料是表面组装工艺的基础,表面组装技术就是借助于一定的工艺材料和结构材料,采用适当的工艺技术和设备完成板级电路组装的。表面组装材料种类繁多,这里仅就焊膏、粘接剂、和清洗剂进行概括介绍。
    5.3.1  焊膏
    焊膏即膏状焊料,它的应用已有20多年的历史,开始用于工业自动化领域,后来<BR> 用于混合集成电路工艺,现在已经发展成高度精细的电子材料,广泛用于厚膜电路组<BR> 装和表面组装焊接工艺中。
    焊膏的制造已经成为涉及多种专业和多门学科的集“机电物化”为一体的系统工<BR> 程。现在焊膏不但达到了在印刷特征等方面能与混合厚膜材料相比拟的程度,而且能<BR> 满足电子装备对电路组件的高可靠性要求,它在表面组装技术的应用发展中起着举足<BR> 轻重的作用。与传统焊料相比,焊膏有以下显著优点:
    1.可以采用印刷或点涂技术在电路板上预先设定的焊盘上进行精细的定量分配,<BR> 满足日益发展的电路组件高密度和高可靠性组装对焊接材料的要求。
    2.在再流加热前具有一定粘性,能使元器件暂时固定在焊盘位置,不会因传送和<BR> 焊接操作而偏移或脱离。
    3.便于实现自动化涂覆作业和适用于再流焊接工艺。
    4.在再流加热期间,由于熔融焊膏的表面张力,可以校正元器件位置的微小偏离。
    一、焊膏组成和分类<BR>
    焊膏是—种合金焊料粉末和摇溶的焊剂系统均匀混合的粘绸状流体。合金焊料粉<BR> 末是焊膏的主要成份,也是焊后的留存物,它对再流焊接工艺、焊点高度和可靠性都<BR> 起着重要作用。合金焊料粉末的成份、颗粒形状和尺寸大小对焊膏的涂覆和焊接性能<BR> 有一定的影响,应根据实际需要和组装工艺进行合理选择。焊剂系统是净化焊接表面、<BR> 提高润湿性和防止焊料氧化和确保焊缝(点)可靠性的关键工艺材料。表概括了焊膏的组<BR>成。
    焊膏的组成和功能组成
    主要成分 功能
    合金粉末 Sn63Pb37 Sn62Pb36Ag2
    实现元器件和电路的机械和 电气连接助焊剂粘接剂 活化剂溶剂焊剂系 统摇匀剂松香、合成树脂 聚丁稀硬脂酸、盐酸、联氨、三乙醇胺等甘油、乙二醇 净化金属表面、提高焊料润湿性提高粘性净化金属表面调节焊膏特性防止分散、塌陷。按焊剂系统划分的焊膏类型类型焊剂和活化剂 应用范围R弱活性RMA中等活性RA  活性松香松香、非离子性卤化物等松香、离子性卤化物等航天、军事军事、及高可靠性电路组件消费类电子产品
    二、焊膏特性
    焊膏是一种流体,其流动特性遵循流变学的规律。根据流体的流动类型、焊膏属触变流体,具有触变特性,其最重要的参数是流体的粘度。粘度被定义为剪切应力对剪切率的比值,剪切应力单位是帕(h),剪切率单位是秒的倒数(S-1),粘度单位是帕·秒(Pa ·S)。焊膏的触变特性是当剪切率增加时,粘度减小。在一定时间后返回到原始粘度。剪切率对剪切应力的曲线,粘度增加和减小时不相重合。当保持剪切率为常数时,触变流体的粘度减小直至平衡。
    从印刷的观点来看,焊膏的触变特性是——种受搅拌影响的特性,达到平衡需要一定时间。焊膏粘度在恒定剪切率下继续减小,这就意味着,在较大的丝网印刷中刮板行程末端比开始时具有较低粘度,因此,刮板行程末端焊膏沉积量比开始时要多。
    1,影响焊膏特性的因素<BR>如上所述,粘度是焊膏的主要性能指标,影响焊膏粘度的主要因素是焊料合金粉<BR>末重量百分含量、粉末颗粒大小、温度等。在使用条件下,焊膏最佳粘度取决于应用<BR>技术的类型和施加到PCB上的焊膏厚度。
    焊膏中焊料合金的重量百分含量影响焊膏扩展的空间、焊膏保持在有限面积上的<BR>能力,以及焊缝的大小和厚度,——般选择的焊料合金重量百分比含量范围是75—90%。在实际应用中要根据不同的焊剂系统选择合适的合金重量百分含量。焊料合金粉末是焊膏配方中的主要组成,它对焊膏的性能起着关键作用,焊料粉末的尺寸、形状和分布是影响焊膏性能的主要参数。大多数焊膏都采用球形焊料粉末。焊料粉末颗粒尺寸——般为—200 / +325 目,该尺寸以外的颗粒不多于10%为宜。流体(焊膏)的典型流动曲线在恒定剪切率下,焊膏的粘度减小<BR>印刷时,焊膏的典型触变特性.
    2.表面组装工艺对焊膏的要求
    在表面组装的不同工艺或工序中,要求焊膏要具有相应的性能。焊膏制备后在印刷前应能冷藏(或在室温下)保存3~6  个月,其性能保持不变。印刷时焊膏应具有优良的脱模性;在印刷时和印刷后焊膏不易坍塌,并具有—定粘度。再流加热时焊膏应具有良好的润湿性能、焊料球形成最少,很少飞溅。再流焊后,留在PCB上的焊剂残渣容易洗净。焊料合金形成的焊缝应具有一定的机械强度,确保电路组件的长期可靠性。
    三、焊膏的发展方向
    为了满足电子装备对高密度电路组件的需求以及保护人类生存环境的迫切需要,国外正在深入开展新型焊料、焊剂和焊膏的研究,现在与细间距技术相适应的精细焊膏,与环境保护相适应的免洗焊剂和焊膏以及无铅焊料的研究开发工:作已取得重大成果,精细焊膏和免洗焊膏已经实用化,无铅焊料的研究也取得重大突破,并已开始实化。
    5.3.2   粘接剂
    混合组装的PCB组件要经过双波峰焊接工艺才能实现元器件和电路板的电气机械连接。在波峰焊前,一般都用粘接剂把SMC  暂时固定在电路板的相应焊盘图形上。
    —.粘接剂的种类
    粘接剂有许多类型,根据其功能可分为结构型、非结构型和密封型三种,在表面组装工艺中采用非结构型粘接剂把SMC  暂时固定在PCB上,以便进行双波峰焊接工艺。根据化学性质可将粘接剂分成热固型、热塑型、弹性型和合成型。在表面组装工艺中主要采用热固型粘接剂,它是由化学反应固化形成的交联聚合物,可分成单组份和双组份两种类型;热固型<BR>粘接剂主要有环氧树脂、腈基丙烯醇脂、聚丙烯和聚酯。
    二.SMT  用的粘接剂<BR>表面组装用的粘接剂主要有环氧树脂和丙烯酸两种。这两种粘接剂都属热固型。在实际应用<BR>中,应根据用户对性能的要求,如粘接强度、粘度、罐藏寿命、固化温度和时间,进行选择<BR>和配制。