基板焊料片焊接技術研究

楊宗亮（中華通信系統有限責任公司河北分公司，河北石家莊，050081）

基板焊料片焊接技術研究

楊宗亮
（中華通信系統有限責任公司河北分公司，河北石家莊，050081）

為解決基板粘接帶來的諸多問題，開展了基板焊料片焊接技術研究。介紹了焊接載體、基板和焊料的選擇依據，進行了所用材料的清洗實驗。通過全試驗獲得了理想的焊料片大小和厚度數據。選擇了合適的焊接設備，并講解了合理焊接溫度曲線的獲得方法，獲得了良好的焊接效果。

基板；焊料片；焊接

0　概述

目前微組裝所用的基板大都采用導電膠粘接方式進行組裝。但導電膠粘接存在成本高、導電性差、散熱性差和長期可靠性差等問題，難以滿足高功率模塊的散熱要求和惡劣使用環境中電路模塊的可靠性等要求。焊料焊接具有熱導率高、電阻小、傳熱快、可靠性強、焊接后的強度大等優點，因此使用焊接方式代替導電膠粘接基板，必將提高產品的性能和可靠性。因此，本文開展了焊料片基板焊接技術研究。

1　材料的選擇

本實驗選用5A06鋁作為載體材料，載體表面鍍金。

印制板材料我們選擇使用最多的Rogers公司生產的5880基板，基板表面也需進行鍍金。

在實際工作中，焊料的選用非常關鍵。焊料的選用通常要綜合考慮焊接面（基板背面及外殼表面）金屬化層的材料種類及厚度、焊接工序、焊后電氣機械性能、器件及基板的熱承受能力等諸多因素。綜合考慮以上4個方面，最終選擇了SAC305焊料片來開展本實驗研究。

2　清洗試驗

清洗是微組裝裝配工藝中重要的一環，其目的是清除在生產和運輸過程中所帶來的污染物（如油污、灰塵、加工過程中的殘留物等）。因此，清洗對裝配產品的質量有直接的影響。在基板焊接過程中所需清洗的材料主要有載體、基板和焊料片等。

清洗方法可分為濕法清洗和干法清洗兩種。由于本實驗清洗的目的主要是清除材料表面的大污染物，所以濕法清洗更合適。目前應用最廣泛的濕法清洗方式為超聲波清洗。超聲波清洗時，超聲波作用于液體，使液體中產生微小的氣泡，每個氣泡的破裂會產生能量極大的沖擊波，相當于瞬間產生幾百度的高溫和高達上千個大氣壓，這種現象被稱之為“空化作用”。超聲波清洗正是用液體中氣泡破裂所產生的沖擊波來達到清洗和沖刷工件內外表面的作用。清洗完后，需要在通風良好的環境中高溫烘烤，以去除殘留的清洗液。

圖1　水滴直徑法示意圖

表1　超聲清洗數據表

結合之前其它清洗試驗的經驗，初步設計的清洗方案為：丙酮、40%超聲功率清洗10分鐘→乙醇、40%超聲功率清洗10分鐘→氮氣吹干→烘箱150℃烘烤30分鐘。清洗效果采用水滴直徑法（相同體積的水，滴到不同浸潤性的物質上，浸潤性好的物質上的水滴直徑較大，如圖1）來進行評價。表1為超聲波清洗試驗的數據表，從中可看出水滴的直徑增長明顯，說明清洗效果較好。為驗證上述數據的正確性，將超聲時間增加到30分鐘，水滴直徑的增長率還是維持在30%-40%左右，這更加證實了上述參數的正確性。

3　焊料片用量試驗

基板焊料片焊接實驗中，焊料量由焊料的大小和厚度決定，因此這兩個因素為焊料片用量試驗的關鍵影響因素。同時焊料的大小和焊料片厚度之間為相互關聯影響因素，且實驗的影響因素較少，因此為更好的摸清其影響關系，擬進行2因素4水平的全試驗。

表2為焊料片大小和焊料片厚度試驗數據表。從表2可總結出，焊料厚度在70μm左右，焊料面積在90%-100%時焊接效果較好。為方便焊料片的裁剪（特別是異形基板），我們更傾向于使用與基板面積相同的焊料片。因此我們針對焊料片面積為100%的情況進行了重復試驗。重復試驗數據見表3。

表2　焊料大小和焊料片厚度試驗數據表

從重復試驗結果可得出以下結論：當選擇焊料片大小為100%時，焊料片厚度在60-80微米可得到較好的焊接效果。

4　焊接設備和溫度曲線

4.1焊接設備

因為需要基板焊接的盒體尺寸一般都都比較大，所以在焊接設備的選擇時需要充分考慮盒體吸熱量大的問題。實驗中我們選擇了加熱臺、熱風再流爐和真空烘箱3種設備進行試驗，試驗結果表明：

加熱臺焊接時，存在焊接空洞率較大的問題；

熱風再流焊爐焊接時，存在盒體吸熱太大導致焊接溫度達不到理想溫度的問題；

真空烘箱焊接時，由于焊接時設備抽真空可以降低焊接的空洞率，且設備的加熱功率大可滿足大盒體的吸熱要求，所以可保證良好的焊接效果。

因此最終選擇了真空烘箱作為試驗的焊接設備。

4.2溫度曲線

溫度曲線的設置方法為：首先根據真空烘箱的溫度特點和焊料的溫度曲線要求初步設定一個爐溫值；然后在不放置焊料的情況下虛擬進行焊接，并使用爐溫測試儀測量盒體不同位置處的實際溫度曲線；接著根據測量所得溫度曲線與理想溫度曲線的偏差對爐溫值進行修正；接下來再測量實際溫度曲線，直到測量曲線與理想曲線基本吻合為止；最后使用正式的產品來驗證溫度曲線是否合適。為保證大盒體的溫度均勻性和焊接效果，焊接溫度曲線設置了兩個保溫區。

5　結論

電路模塊組裝中的基板焊接技術是電路組裝中的關鍵工藝，本文采用超聲波清洗對焊接材料進行了清洗，使用真空烘箱作為焊接設備，最終獲得了良好的焊接效果。本工藝可代替基板的導電膠粘接工藝，并可大大提高基板組裝的可靠性，對整個電路產品的質量提高有重要作用。

［1］侯一雪，喬海靈，廖智利.混合電路基板與外殼的共晶焊技術［J］.電子與封裝，2007，7卷 8期：9～20.

［2］葉洪勛.SMT中的焊膏印刷使用技術［J］.網印工業，2000，1期：18～20.

［3］陳華茂.吳華強.超聲波在電鍍中應用［J］.化學世界，2003.97（2）：97～99.

Research of Substrate Eutectic Bonding Technology used Solder Pieces

Yang Zongliang
（China Communication System Co.， Ltd.，Hebei，Shijiazhuang，050081）

In order to solve the problems caused by the substrate adhesive，the substrate eutectic process used solder pieces is studied. The choice basis of eutectic carrier，substrate and the solder are introd uced. The cleaning experiments for materials used in eutectic are carried out.The ideal size and thickness data of the solder pieces are obtained by the full test.We have chosen the suitable eutectic equipment. Reasonable temperature curve is obtained.Finally，the good eutectic effect is obtained.

Substrate；Solder pieces；Eutectic

表3　焊料大小和焊料片厚度重復試驗數據表

楊宗亮（1981- ），男，畢業于桂林電子科技大學，碩士、工程師，主要從事微波組件或模塊的組裝技術研究工作。