任务三的教学设计资料

1.3 表面组装工艺材料

贴片胶的化学组成、分类与作用 焊锡膏的化学组成、分类与作用 教学内容 无铅焊料的类型 助焊剂的化学组成与分类 清洗剂的化学组成与分类 教学目标 教学重点 教学难点 1.掌握各类表面组装工艺材料的组成、分类与作用 2.了解无铅焊料的类型及使用方法 各类表面组装工艺材料的组成与作用 各类表面组装工艺材料的组成与作用 计划学时 6 一、 导入新课 由教师引导思路，复习旧课，引入新课。 在SMT的发展过程中，电子化工材料起着相当重要的作用。目前，与SMT相关的化学材料种类繁多，而表面组装材料则是指SMT装联中所用的化工材料，即SMT工艺材料。它主要包括几下几个方面的内容：贴片胶、助焊剂、焊锡膏和清洗剂。 二、贴片胶 教 学 过 程 表面组装技术有两类典型的工艺流程，一类是焊锡膏——再流焊工艺，另一类是贴片胶——波峰焊工艺，后者是将片式元器件采用贴片胶粘合在PCB表面，并在PCB另一个面上插装通孔元件（或贴放片式元件），然后通过波峰焊就能将两种元器件同时焊接在电路板上。 贴片胶的作用就在于能保证元件牢固地粘在PCB上，并在焊接时不会脱落，一旦焊接完成后，虽然它的功能失去了，但它仍永远地保留在PCB上，因此，这种贴片胶不仅要有粘合强度而且具有很好的电气性能。 质疑：贴片胶是由哪些化学材料制成的呢？在SMT工艺过程中起到什么作用？ （一）贴片胶的类型与组分 贴片胶按基体材料分，可分为环氧树脂和聚丙烯两大类。 1.环氧型贴片胶 环氧型贴片胶是SMT中最常用的一种贴片胶，通常以热固化为主，由环氧树脂、固化剂、增韧剂、填料以及触变剂混合而成。这类贴片胶典型配方为：环氧树脂63%(重量比，下同)，无机填料30%，胺系固化剂4%，无机颜料3%。 (1)环氧树脂。环氧树脂本身是热塑性的线型结构大分子，树脂有强的粘附性和柔韧性，环氧树脂的结构说明了它不仅可以用做贴片胶，而且具有优异的稳定性和电气性能。 (2)固化剂。常用固化剂可分为胺类固化剂、酸酐类固化剂等，还有一种类型的固化剂则是潜伏性中温固化剂，即环氧树脂贴片胶使用的固化剂，它的特殊性就在于在低温下它“几乎”不与环氧树脂发生化学反应或仅仅以极低的速度参与反应，但一旦遇到适合的温度就能迅速地同树脂反应，这样就能使贴片胶在低温下有较长的储存期，遇到中温就能迅速固化以适应生产需要。 (3)增韧剂。增韧剂可以提高固化后贴片胶的韧性。常用的增韧剂有液体丁晴橡胶、聚硫橡胶等。 (4)填料。加入各种填料，用以实现它涂布的工艺性，如加入白碳黑等一类触变剂，使贴片胶具有触变性以利于涂布；加入甲基纤维素,以利于减低软化点，并起到调控黏度的作用。 (5)其他添加剂。加入颜料以利于生产中观察；添加润湿剂以增加胶的润湿能力，达到好的初粘性；添加阻燃剂以达到阻燃效果。 2.丙烯酸类贴片胶 丙烯酸类贴片胶是SMT中常用的另一大类贴片胶，由丙烯酸类树脂、光固化剂、填料组成，常用单组分。它通常是光固化型的贴片胶，其特点是固化时间短，但强度不及环氧型高。 (1)丙烯酸类树脂。丙烯酸类树脂是通过加入过氧化物，并在光或热的作用下实现固化。它不能在室温下固化，通常用短时间紫外线照射或用红外线辐射固化，固化温度约为150℃，固化时间约为数十秒到数分钟，属紫外线加热双重固化型。 (2)固化剂。常为安息香甲醚类，它在紫外光的激发下能释放出自由基，促使丙烯酸类树脂胶中双键打开，其反应机理属自由基链式反应型，反应能在极短的时间内进行。 （二）贴片胶的包装 当前贴片胶的包装形式有两大类，一类是供压力注射法点胶工艺用，贴片胶包装成5ml、10ml、20ml和30ml注射针管制式，可直接上点胶机用，此外还有300ml注射管大包装，使用时分装到小注射针管中。通常包装量越大价钱越便宜，但将大包装分装到小注射针管中则应采用专用工具，缓慢地注射到洁净的注射针管中，达到一定量后，还应进行脱气泡处理，以防混入空气，避免点胶时出现“空点”或胶点大小不一。另一类包装是听装，可供丝网／模板印刷方式涂布胶用，通常每听装有1kg。 （三）表面组装对贴片胶的要求 1.常温下使用寿命要长 2.具有合适的粘度 3.能够快速固话 4.粘结强度适当 5.不干扰电路功能 6.有颜色便于检查 思考：1.贴片胶的作用是什么？它主要与什么焊接方法相配合？ 2.贴片胶通常由哪几部分组成？一般分成哪几类？ 三、焊锡膏 焊锡膏又称焊膏、锡膏，是由合金粉末、糊状焊剂和一些添加剂混合而成的具有一定粘性和良好触变特性的浆料或膏状体。它是SMT工艺中不可缺少的焊接材料，广泛用于再流焊中。常温下，由于焊锡膏具有一定的粘性，可将电子元器件粘贴在PCB的焊盘上，在倾斜角度不是太大，也没有外力碰撞的情况下，一般元件是不会移动的，当焊锡膏加热到一定温度时，焊锡膏中的合金粉末熔融再流动，液体焊料润湿元器件的焊端与PCB焊盘，在焊接温度下，随着溶剂和部分添加剂挥发，冷却后元器件的焊端与焊盘被焊料互联在一起，形成电气与机械相连接的焊点。 （一）焊锡膏的化学组成 焊锡膏主要由合金焊料粉末和助焊剂组成。其中合金焊料粉占总重量的85%～90%，助焊剂占15%～10%。即焊锡膏中锡粉颗粒与助焊剂的重量之比约为9:1，体积之比约为1:1。 1.合金焊料粉末 合金焊料粉末是焊锡膏的主要成分。常用的合金焊料粉末有锡—铅、锡—铅—银、锡—铅—铋等，常用的合金成分为63%Sn／37%Pb以及62%Sn／36%Ph／2%Ag。不同合金比例有不同的熔化温度。以Sn/Pb合金焊料为例，图4-1表示了不同比例的锡、铅合金状态随温度变化的曲线。图4-1中的T点叫做共晶点，对应合金成分为61.9%Sn／38.1%Pb，它的熔点只有182℃。 2.助焊剂 在焊锡膏中，糊状助焊剂是合金粉末的载体, 其中的活化剂主要起清除被焊材料表面以及合金粉末本身氧化膜的作用，同时具有降低锡、铅表面张力的功效，使焊料迅速扩散并附着在被焊金属表面。粘接剂起到加大锡膏粘附性并保护和防止焊后PCB再度氧化的作用。 为了改善印刷效果和触变性，焊锡膏还需加入触变剂和溶剂。触变剂主要是用来调节焊锡膏的粘度以及印刷性能，防止在印刷中出现拖尾、粘连等现象；溶剂在焊锡膏的搅拌过程中起调节均匀的作用，对焊锡膏的寿命有一定的影响。助焊剂的组成对焊锡膏的扩展性、润湿性、塌陷、粘度变化、清洗性质、焊珠飞溅及储存寿命均有较大影响。 （二）焊锡膏的分类 1.按合金焊料粉的熔点分 焊锡膏按熔点分高温焊锡膏（217℃以上），中温焊锡膏（173℃～200℃）和低温焊锡膏（138℃～173℃）；最常用的焊锡膏熔点为178～183℃，随着所用金属种类和组成的不同，焊锡膏的熔点可提高至250℃以上，也可降为150℃以下，可根据焊接所需温度的不同，选择不同熔点的焊锡膏。 2.按焊剂的活性分 焊锡膏按焊剂活性分类有“R”级（无活性），“RMA”级（中度活性），“RA”级（完全活性）和“SRA”级（超活性）。一般“R”级用于航天、航空电子产品的焊接，“RMA”级用于军事和其它高可靠性电路组件，“RA”级用于消费类电子产品，使用时可以根据PCB和元器件的情况及清洗工艺要求进行选择。 3.按焊锡膏的粘度分 粘度的变化范围很大，通常为100～600Pa·s，最高可达1000Pa·s以上。使用时依据施膏工艺手段的不同进行选择。 4.按清洗方式分 （1)有机溶剂清洗类。如传统松香焊膏（其残留物安全无腐蚀性）或含有卤化物或非卤化物活化剂的焊膏。 （2)水清洗类。活性强，可用于难以钎焊的表面，焊后残渣易于用水清除；使用此类焊锡膏印刷网板寿命长。 （3)半水清洗和免清洗类。一般用于半水清洗和免清洗的焊锡膏不含氯离子，有特殊的配方，焊接过程要氮气保护；其非金属固体含量极低，焊后残留物少到可以忽略，减少了清洗的要求。 （三）表面组装对焊锡膏的要求 1.具有良好的保存稳定性 2.印刷时应具有优良的脱模性 3.印刷时和印刷后焊锡膏不易坍塌 4.具有一定的粘度 5.加热时具有良好的润湿性能 6.不形成或形成最少量的锡料球，焊料飞溅少 7.焊接强度高，焊接后易清洗 （四）焊锡膏的选用原则及使用注意事项 1）焊锡膏通常应该保存在5～10 ℃的低温环境下，可以储存在电冰箱的冷藏室内。焊锡膏的取用原则是先进先出。 2）一般应该在使用前至少2 h从冰箱中取出焊锡膏，待焊锡膏达到室温后，才能打开焊锡膏容器的盖子，以免焊锡膏在升温过程中凝结水汽。 3）观察焊锡膏，如果表面变硬或有助焊剂析出，必须进行特殊处理，否则不能使用；如果焊锡膏的表面完好，也要用不锈钢棒搅拌均匀以后再使用。如果焊锡膏的粘度大，应该适当加入所使用锡膏的专用稀释剂，稀释并充分搅拌以后再用。 4）使用时取出焊锡膏后，应及时盖好容器盖，避免助焊剂挥发。超过使用期限的焊锡膏不得再使用。 5）涂敷焊锡膏和贴装元器件时，操作者应该戴手套，避免污染电路板。 6）把焊锡膏涂敷到PCB上时，如果涂敷不准确，必须擦洗掉焊锡膏再重新涂敷，擦洗免清洗焊锡膏不得使用酒精。 7）印好焊锡膏的电路板要及时贴装元器件，尽可能在4h内完成再流焊。 8）免清洗焊锡膏原则上不允许回收使用，如果印刷涂敷作业的间隔超过1 h，必须把焊锡膏从模板上取下来并存放到当天使用的单独容器里，不要将回收的锡膏放回原容器。 质疑：1.焊锡膏主要起什么作用？其主要成分是什么？ 2.简述焊锡膏的选用原则。 四、助焊剂 （一）助焊剂的化学组成

传统的助焊剂通常以松香为基体。松香具有弱酸性和热熔流动性，并具有良好的绝缘性、耐湿性、无腐蚀性、无毒性和长期稳定性，是不可多得的助焊材料。 目前在SMT中采用的大多是以松香为基体的活性助焊剂。由于松香随着品种、产地和生产工艺的不同，其化学组成和性能有较大的差异，因此，对松香优选是保证助焊剂质量的关键。通用的助焊剂还包括以下成分：活性剂、成膜物质、添加剂和溶剂等。 1.活性剂 2.成膜物质 3.添加剂 4.溶剂 （二）助焊剂的类型 1.松香系列助焊剂 2.合成焊剂 3.有机焊剂 （三）表面组装对助焊剂性能的要求及选用 1.对助焊剂的性能要求 1）具有去除表面氧化物、防止再氧化物降低表面张力等特性。 2）熔点比焊料低，助焊剂要比焊料先熔化以充分发挥助焊作用。 3）浸润扩散速度比熔化焊料快，通常要求扩展率在90%以上。 4）粘度和密度比焊料小。 5）焊接时不产生焊珠飞溅，也不产生毒气和强烈的刺激性臭味。 6）焊后残渣易于去除，并具有不腐蚀、不吸湿和不导电等特性。 7）焊接后不沾手，焊后不易拉尖。在常温下储存稳定。 2. 助焊剂的选用 1)不同的焊接方式需用不同状态的助焊剂，波峰焊应用液态助焊剂，再流焊应用糊状助焊剂。 2)当焊接对象可焊性好时，不必采用活性强的助焊剂；当焊接对象可焊性差时必须采用活性较强的助焊剂。在SMT中最常用的是中等活性的助焊剂。 3)清洗方式不同，要用不同类型的助焊剂。选用有机溶剂清洗，需和有机类或树脂类助焊剂相匹配；选用去离子水清洗，必需用水洗助焊剂；选用免洗方式，只能用固含量在0.5%～3%的免洗助焊剂。表4-9为几种典型助焊剂的特性。 五、清洗剂 1.清洗剂的化学组成 从清洗剂的特点考虑，选择CFC—113和甲基氯仿作为清洗剂的主体材料比较适宜。 为改善清洗效果，常常在CFC—113和甲基氯仿清洗剂中加入低级醇，如甲醇、乙醇等，但醇的加入会引起一些副作用，一方面CFC—113和甲基氯仿易于同醇反应，在有金属共存时更加显著，另一方面低级醇中带入的水分还会引起水解反应，由此产生的HCI具有强腐蚀性。 因此，在CFC—113和甲基氯仿中加入各类稳定剂显得十分重要。在CFC—113清洗剂中常用的稳定剂有乙醇酯、丙烯酸酯、硝基烷烃、缩水甘油、炔醇、N—甲基吗啉、环氧烷类化合物。 2.清洗剂的分类与特点 现在广泛应用的是以CFC—113(三氟三氯乙烷)和甲基氯仿为主体的两大类清洗剂。但他们对大气臭氧层有破坏作用，现已开发出CFC的替代产品，如半水清洗工艺中使用的半水洗溶剂BIOACT EC-7、Marc lean R等被认为是最有希望的替代材料，而另一种替代材料HCFC(含氢氟氯)如9434、2010、2004都具有一定毒性。 一般说来，一种性能良好的清洗剂应当具有以下特点： 1)脱脂效率高，对油脂、松香及其它树脂有较强的溶解能力。 2)表面张力小，具有较好的浸润性。 3)对金属材料不腐蚀，对高分子材料不溶解、不溶胀，不会损害元器件和标记。 4)易挥发，在室温下即能从印制板上除去。 5)不燃、不爆、低毒性，利于安全操作，也不会对人体造成危害。 6)残留量低，清洗剂本身也不污染印制板。 7)稳定性好，在清洗过程中不会发生化学或物理作用，并具有储存稳定性。 重点讲解各类工艺材料的化学组成及作用，通过PPT及视频演示，帮助学生理解和掌握给类材料的特点及使用范围。 六、质疑 1.助焊剂在SMT中的作用及化学组成。 2.表面组装材料主要有哪些？分别起到什么作用？ 五、互动性交流 学生自由提问题，老师可只作启发性回答。 六、总结 由老师引导思路，学生将本讲内容进行总结。 总结的主要内容是： 1.贴片胶的化学组成、分类与作用 2.焊锡膏的化学组成、分类与作用 3.助焊剂的化学组成与分类 4.清洗剂的化学组成与分类 作业

1.贴片胶通常有哪几部分组成？一般分为哪几类？ 2.焊锡膏主要起什么作用？其主要成分是什么？

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