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電子輔助材料及焊接質量檢測分析技術主要課程內容第一部分：電子輔料檢測分析技術•電子輔助材料的作用及組成•電子輔助材料的主要性能指標第二部分：焊接質量檢測技術•DIP型＆SMT型焊接質量檢測•標准及常見不良狀況的判別第一部分電子輔料檢測分析技術第一章概述1.1電子輔料的定義、范圍電子工業所使用的材料種類非常多，但主要包括兩大類：一、電子設備、儀器儀表以及元器件等所用的主要組成材料，比如：半導體材料、陶瓷材料、傳感器材料等等，這類材料通常叫電子專用材料，通稱電子材料。二、另一大類材料則主要是電子裝配工藝所用的輔助材料，這類材料一般用量差別很大，比如用量特別大的焊料、助焊劑、清洗劑等，也有用量較少的、油墨等。隨著電子信息產業的蓬勃發展，服務於電子組裝與加工的電子輔助材料的需求也急劇增長，其中最主要且用量很大的就是助焊劑、焊錫絲、焊錫條以及焊錫膏，這些材料的質量好壞與否對電子產品的質量與可靠性有著及其重要的影響，1.2電子輔料與電子產品的質量與可靠性這裡我們要討論或學習的主要是第二類，即所謂的電子輔助材料，並且主要包括用量大、且對電子產品的質量與可靠性影響大的主要的幾種產品：電子焊料、助焊劑、SMT專用錫膏等。因此，對於電子輔料的性能參數的了解以及掌握它們的分析檢測技術就非常關鍵，本課程主要介紹電子焊料及助焊劑。在電子輔料的產品檢測與電子產品的失效分析中發現，許多電子產品的早期組裝失效中，極大部分都是由於這些電子輔料的使用不當或輔料本身的質量指標不符合要求造成的。當然還有一部分是產品設計缺陷、制造流程控制等原因的不足引起的。第二章助焊劑助焊劑是一種促進焊接的化學物質，其作用主要是去除待焊接面的氧化物，改善焊料對被焊接面的潤濕，從而形成良好的焊接連接。2.1焊劑的成份組成助焊劑種類繁多，但其成份一般可包括：成膜保護劑、活化劑、擴散劑和溶劑，有的還可以添加緩蝕劑或消光劑，基本的組成情況可參見表1。焊劑去除氧化物的能力主要依靠酸對氧化物的溶解作用，這種作用由活化劑來完成。活化劑通常選用分子量大，並具有一定熱穩定性的有機酸。活性劑含量增加，可以提高助焊性能，但腐蝕性也會增強。因此，活化劑含量一般控制在1%~5%，最多不能超過10%。（2）活化劑保護劑覆蓋在焊接部位，在焊接過程中起到防止氧化作用的物質，焊接完成後，能形成一層保護膜。常用松香作保護劑。也可添加少量的高分子成膜物質，如酚醛樹脂、改性丙烯酸樹脂等，但會造成清洗困難。（1）保護劑溶劑是活性物質的載體，其作用是將松香、活化劑、擴散劑等物質溶解，配置成液態焊劑。通常采用乙醇、異丙醇等。（4）溶劑擴散劑可以改善焊劑的流動性和潤濕性。其作用是降低焊劑的表面張力，並引導焊料向四周擴散，從而形成光滑的焊點。常用甘油（丙三醇）作為擴散劑，含量控制在1%以下。（3）擴散劑2.3助焊劑的主要性能指標電子焊接使用的助焊劑的主要性能指標有：外觀、物理穩定性、密度、粘度、固體含量（不揮發物含量）、可焊性（以擴展率或潤濕力表示）、鹵素含量、水萃取液電阻率、銅鏡腐蝕性、銅板腐蝕性、表面絕緣電阻、酸值等。下面簡要地對這些技術指標進行解析，以方便根據這些指標分析產品性能的優劣。（1）外觀：助焊劑外觀首先必須均勻，液體焊劑還需透明，任何異物或分層的存在均會造成焊接缺陷；（2）物理穩定性：通常要求在一定的溫度環境（一般5~45°C）下，產品能穩定存在，否則在炎熱的夏天或嚴寒的天氣就不能正常使用；（3）密度與粘度：這是工藝選擇與控制參數，必須有參考的數據，太高的粘度將使該產品使用帶來困難；（4）固體含量（不揮發物含量）：表示的是焊劑中的非溶劑部分，實際上它與不揮發物含量意義不同，數值也有差異，後者是從測試的角度講的，它與焊接後殘留量有一定的對應關係，但並非唯一。（5）可焊性：指標也非常關鍵，它表示的是助焊效果，如果以擴展率來表示，孤立的講它是越大越好，但腐蝕性也會越來越大，因此為了保證焊後良好的可靠性，擴展率一般在80~92%間。（6）鹵素含量：將含鹵素（F、Cl、Br、I）的活性劑加入助焊劑可以顯著的提高其可焊性，改善焊接效果，但如果含量過多則會帶來一系列的腐蝕問題，例如焊接後鹵素殘留多時會造成焊點發黑、並循環腐蝕焊點中的鉛產生白色粉末，因此其含量也是一個非常主要的技術指標。（8）腐蝕性：助焊劑由於其可焊性的要求，必然會給PCB或焊點帶來一定的腐蝕性。主要測試方法有兩種：A.銅鏡腐蝕B.銅板腐蝕（9）表面絕緣電阻：一個最重要的指標就是表面絕緣電阻（SIR），焊前焊後的SIR均有嚴格的要求，因為對用其組裝的電子產品的電性能影響極大，嚴重的可造成信號紊亂，不能正常工作（7）水萃取液電阻率：該指標反映的是焊劑中的導電離子的含量水平，阻值越小離子含量越多，焊後對電性能的影響越大，影響電阻抗由於標准以及測試方法不同，現則以J-STD-004以及JISZ3283-86為例，將其詳細的技術要求分別列於表2~3。選擇題：1.保護齊在焊接過程中起到防止氧化作用的物質，焊接完成后，能形成一層保護膜，常用（）作保護齊。A.松香B.樹脂C.甘油D.乳劑2.LOTES現使用助焊齊為LC-100＃新型低固量免洗助焊齊，接合（SMT）478產品結構，你認為助焊齊中應減少下列那些物質含量:A.松香B.樹脂C.溴離子D.乳劑.第三章焊料在焊接時凡是用業使二種或二種以上金屬連接成為一個整體的金屬或合金被稱為焊料。在電子設備裝聯中常用的焊接材料是錫-鉛系焊料，主要形式為波峰焊使用最多的焊錫條。3.1錫-鉛系焊料的特性(1)錫鉛比：在合金學的錫-鉛系焊料狀態圖（如圖4）中我們可以看出當錫含量為61.9%、鉛含量為38.1%時為錫鉛合金的共晶點（A點），達到這樣錫鉛比的共晶合金具有最優異的特性，它熔點低、熔融和凝固過程簡單，流動性好，因此非常適合用作焊料，通常稱為共晶焊料。因為在實際焊接中，焊料向母材的擴散屬選擇性擴散，只有焊料成分中的錫向母材擴散，而鉛是不擴散的，所以錫的消耗量大於鉛的消耗量，因此，選擇含錫量稍高於共晶點的Sn63Pb37焊料更有利於維持錫槽內焊料的錫鉛比接近共晶點.由於錫鉛比處在共晶點附近的焊料的焊接性能是最優良的，所以在實際使用中，一般采用錫含量為60%~63%，鉛含量為40%~37%共晶焊料，即牌號為SN60PB40(錫含量59%~61%)，SN63PB37(錫含量63%)的錫鉛合金。對於較高檔的電子產品最好選用含錫量為63%的焊料。(3)機械性能：電子產品在運輸和使用過程中不可避免地要受到震動沖擊應力的作用，因此要求焊接點必須具有一定的機械強度。處在共晶點附近的錫-鉛焊料的抗拉強度和剪切強度為最高，分別為5.36kg/mm²和3.47kg/mm²左右，而且焊接後會變得更大(2)熔點：在合金學的錫-鉛系焊料狀態圖中可看出，共晶焊料的熔點最低點為183°C，隨著錫-鉛比例的變化，熔點逐漸升高。焊料熔點降低可減小對元器件的熱沖擊並節約能源。(4)表面張力和粘度：從焊接潤濕的角度出發，我們希望焊料的表面張力和粘度都較小，有利於焊料的浸流和滲透。但實際情況是錫的含量越高，表面張力越大，粘度越小；反之，鉛的含量越高，粘度越大，表面張力卻越小。共晶焊料能較好地兼顧這2個特性，從而匹敵得良好的潤濕效果。3.2焊料的雜質含量在焊接過程中，雜質對焊料的潤濕性、焊點機械強度和耐腐蝕性都有很大的影響，各種雜質對錫-鉛焊料的影響情況見下表：第四章焊錫絲焊錫絲是一種線狀焊料，一般線內都帶有樹脂芯助焊劑，實際上是助焊劑與焊料復合的一種特殊的焊料，也有不帶助焊劑的。主要用在各種手工焊接或自動焊接後的補焊上。第五章焊錫膏焊錫膏是SMT工藝專用材料，主要由焊料合金粉末與膏狀助焊齊組成，在SMT工藝中，焊錫膏具有三大功能：•提供形成焊接點的焊料；•提供促進潤濕和清潔表面的助焊劑；•在焊料熱熔前使元器件固定。焊錫膏性能指標與技術要求（標准）1)金屬（粉末）百分含量2)合金粉末粒度形狀、大小及分布3)粘度4)錫珠試驗5)濕性試驗6)工作壽命與粘著力7)抗坍塌性能8)貯存壽命選擇題:1.錫鉛焊料的品質特性，主要從下列那几點考驗：A.錫鉛比B.熔點C.機械性能D.表面張力和粘度2.在SMT工藝中，焊錫膏具有的三大功能是?A.提供形成焊接點的焊料.B.提高焊接點機械強度.C.提供促進潤濕和清潔表面的助焊齊.D.在焊料熱熔前將元器件固定.第二部分焊接質量檢測檢測技術2.2焊接質量標准和常見故障的判別1.焊接質量通用標准（對通孔插裝與表面安裝均適用）良好焊點的形貌如圖8a、b、c、d所示。1)焊點表面：光滑，色澤柔和，沒有砂眼、氣孔、毛刺等缺陷。2)焊料輪廓：印制電路板焊盤與引腳間應呈彎月面，雙面板兩側均應形成彎月面的焊角；連結線焊點應能看到人部導線的輪廓，俗稱“皮包骨頭”。焊料與工件的結合界面邊緣應完全潤濕，潤濕角為15°＜＜45°。3)焊點間：無橋接、拉絲等短路現象。4)焊料內部：金屬沒有疏松現象，焊料與焊件接觸界面上形成3~10厚度的金屬間化合物（金屬間化合物是脆性的，所以不宜太厚，以免降低焊點強度。）(5)表面安裝的焊點除上述通用要求外，還有下列特殊要求如表2所示；2.不良焊接現象的判別通孔插裝形式（單面、雙面板）中常見的不良焊點見表3（DIP型）；表面安裝形式中常見的不良焊點除了與通孔插裝形式相類似的不良現象外，還有一些特殊的故障現象，見表4。（SMT型）問答題:LOTES(SMT)478主要客訴不良為空焊，接合上述課程內容的學習，請談談造成上述不良的原因有那些？若你是478專案工程師你會采取怎樣的后續糾正預防措施或永久性改善對策？