低温锡膏与模组焊接工艺培训.ppt
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1、散熱器錫膏與模組焊接,2023/8/4,http:/,1,內容要點,錫膏基礎錫膏生產錫膏使用無鉛知識散熱器基礎散熱器焊接要領散熱器焊接常識熱管知識散熱器焊接不良分析,2023/8/4,http:/,2,錫膏定義,錫膏是由合金焊料粉和膏狀焊劑(助焊膏)混合而成的具有一定粘性及觸變特性的膏狀體。在散熱器焊接過程中,先將錫膏用印刷或點塗的方式塗布到其中一個元件上,然後把另一元件貼上去並用夾具夾緊。當焊膏被加熱到一定溫度時,隨著溶劑及部分添加劑的揮發,合金焊料粉熔化,散熱器兩元件互聯起來,形成永久性導熱及機械連接。,2023/8/4,http:/,3,錫膏成分,錫膏主要成分合金焊料粉末膏狀焊劑(助焊膏
2、)1)松脂 2)觸變劑 3)溶劑 4)活化劑 5)腐蝕抑制劑,2023/8/4,http:/,4,合金焊料粉末,(1)合金分類(按金屬成分)無鉛:SnBi58 SnAg3.0Cu0.5/SnAg3.8Cu0.7 SnCu0.7 SnZn9/SnZn8Bi3.0等 含鉛:Sn63Pb37 Sn62Ag36Ag2等(2)對錫粉的基本要求:-合金配比穩定一致-錫粉粒徑穩定-錫粉外形穩定一致(一般為球形)-氧化程度低(一般150ppm),2023/8/4,http:/,5,助焊膏,助焊膏的功能錫粉顆粒的載體提供合適的粘度、粘性、流變性,方便使用去除焊接表面及錫粉顆粒氧化層增強合金的潤濕能力形成安全無腐
3、蝕的殘留物,2023/8/4,http:/,6,助焊膏組成及各組分作用,2023/8/4,http:/,7,永安錫粉生產流程圖RoHS,2023/8/4,http:/,RoHS專用投備,領料,冶 煉,稱量配料,倒筒,霧化,QA檢驗,篩選,包裝,來料,RoHS報告確認,過程檢查(QC1),結束時間記錄,RoHS專用投備,報檢單,QC2,目視,開始時間記錄,錫粉生產記錄,原料IQC表,配方表,領料單,打渣,合格確認,永安錫膏生產流程圖RoHS,2023/8/4,http:/,9,領 料,分 裝,QA抽樣,攪 拌,預 攪 拌,稱量配料,RoHS報告確認,RoHS專用設備,RoHS專用設備,RoHS確
4、認,過程檢查(QC),領料單,錫膏生產記錄,原料IQC表,配方表,開始時間記錄,結束時間記錄,溫度,報檢單,去皮重,合格確認,真空處理,品質管控,原料:利用化學分析每種原料各項指標,並製備樣品錫膏驗證其在錫膏中的性能,做到全檢,確保原料品質。助焊膏(半成品):利用化學滴定的方法測定助焊膏來監控配料過程是否準確,並製備樣品錫膏按成品指標檢測,實行的是全檢方案。助焊膏使用前都是合格的。成品:所有成品入庫前按批次全部再一次接受嚴格檢驗,確保客戶使用的都是合格產品。過程:建立產品品質計畫,規定程序控制點,使整個生產過程處於穩定和受控狀態。,2023/8/4,http:/,10,永安公司從原料、半成品、
5、成品及過程對錫膏生產全程進行管控,錫膏入庫檢驗指標,外觀:對錫膏色澤,細膩程度等外觀指標進行初步判斷。銅片回流:將錫膏印刷在標準銅片上,在一定的回流條件下進行回流熔化後顯微鏡下觀測,可判定錫膏潤濕性、錫珠、焊點亮度,殘留分佈狀況,保證錫膏焊接回流性能。粘度:使用PCU-205粘度計,25,5rpm,2min對成品粘度進行監控,保證錫膏印刷和點塗性能。金屬含量:確保錫膏中錫粉與助焊膏比例穩定,從而保證焊接後錫量和松香量。,2023/8/4,http:/,11,錫膏使用:Sn42Bi58低溫錫膏推薦曲線,2023/8/4,12,活化溫度110170S,139,100,60100S,170200,升
6、溫區,預熱區,回流區,冷卻區,http:/,低溫無鉛錫膏曲線分析:。,100-139(預熱區)由於錫膏採用高溫氣化有機酸及松香來去除氧化層的,低溫錫膏的熔點非常低,所以應在它的熔點(139)前充分利用錫膏的活性劑來去除PCB焊盤的氧化層。活性劑一般要在100以上的溫度才開始與焊盤上的氧化層反應,所以100-139這個溫區上升太快會使活性劑還未將焊盤的氧化層清除完就開始熔化會導至錫膏在焊盤上未能擴展開,而焊錫向元件角上爬。這個溫區一般控制在110-170S139-139(熔溶區、頂點溫度170至200)熔溶時間一般控制在60100S之間,頂點溫度控制在170200。如果元件不能承受高溫,則頂點溫
7、度設定為170;如果元件可以承受高溫,則頂點溫度設定為200,可增加焊接牢固度,2023/8/4,http:/,13,Sn42Bi58 散熱器專用錫膏產品特性,2023/8/4,http:/,14,包裝說明,標籤說明:永安低溫錫膏采用綠色标签,說明錫膏符合RoHS為綠色環保產品。包裝有兩種:瓶裝:每個塑膠瓶內錫膏净重5005g。二十個塑膠瓶裝在一個保利龍泡沫箱內(淨重10KG)。針管:規格有1250g/支、750g/支和1000g/支。夏天在保利龍泡沫箱內存放已包裝好的冰塊以防止35以上高溫。,2023/8/4,http:/,15,標籤指示,每一容器需有以下標籤指示:1.商標2.商品型號3.合
8、金成分4.焊料粒徑5.生產批號6.使用期限7.包裝規格8.注意事項9.廠商名稱商品及生產批號識別:例:LF-RAA5G2商品型號 Sn42Bi58合金成分-325500焊料粒徑(25-45m)07081113批號 2008-02-11使用期限 500g包裝規格即500克/瓶,2023/8/4,http:/,16,錫膏儲存注意事項,錫膏儲存要在0-10的環境下冷藏。自生產日期起6個月內使用。不要把錫膏儲存在0以下,這樣會影響錫膏的流變性能。不可放置于陽光照射處。針筒包裝冷藏時可以平放,但頭部豎直朝下更佳,少量分層不影響焊接效果。,2023/8/4,http:/,17,操作注意事項,非作業者不可操
9、作使用。使用時須戴手套和眼鏡等保護用具。若與皮膚接觸時,使用乙醇或異丙醇溶劑擦拭。在使用環境中請勿吸煙吃東西。,2023/8/4,http:/,18,散熱器錫膏使用方法(1),開封前須將溫度調回使用環境溫度上,回溫時間3-4小時,禁止使用其它加熱器使其溫度上升的作法。開封後須充分攪拌,使用攪拌機時間為2-10min,視攪拌機機種而定。當天未使用完之錫膏,不可與尚未使用之錫膏共同置放,應另外存放在別的容器之中,以確保品質的穩定性。錫膏印刷後,建議在8小時內完成回流。室內溫度23-27,相對濕度45-65%為最好作業環境。通常不贊成使用稀釋劑來調整粘度,可能影響回流後殘留分佈。更詳細的使用方法請閱
10、讀使用說明書。,2023/8/4,http:/,19,散熱器錫膏使用方法(2),範本印刷1.絲網印刷絲網印刷:網眼大小影響錫膏下錫情況,對錫膏粘度有要求,網眼越小所需的錫膏粘度也越低。2.鋼網印刷鋼網印刷:鋼網開口形狀和厚度影響錫膏塗覆量,進而影響焊接面錫量。對粘度要求低,粘度大小一般不影響效果,只與是否方便印刷有關。,2023/8/4,http:/,20,散熱器錫膏使用方法(3),滴塗(注射)式1.膠管塗布膠管塗布口徑較大,塗布量多,形狀較不規則,量也不好控制,較少採用。2.鋼管擠出鋼管擠出錫膏為線狀,針管也較細1.32.0mm,對錫膏流動性要求高,要求錫膏順暢擠出不斷裂。多數用於需鑽孔設計
11、的熱管散熱器與不便使用範本印刷的場合。,2023/8/4,http:/,21,無鉛背景介紹,鉛是一種有毒物質,攝入低劑量的鉛就可能對人的智力、神經系統和生殖系統造成影響。一般地說,從鉛吸收來源來看食入鉛的危險要高於呼吸吸入,可以採用一些簡單的預防措施,包括在保養波峰焊錫爐和清理殘渣時戴上面罩,在有鉛區域禁止抽煙,盡可能減少在工作區攝入鉛的可能性。另外當接觸焊錫膏、焊條、焊線等含鉛物體後,務必在吃飯、飲水和抽煙之前清洗雙手,徹底消除攝入鉛的可能途徑。,2023/8/4,http:/,22,無鉛知識,既然在電子工業中使用鉛的危險如此之小,那麼人們為什麼還在考慮徹底消除鉛的使用呢?其實主要的擔心是含
12、鉛材料的處置問題,如印刷線路板等。之所以有這種擔心,是因為那些被作為垃圾處理的廢印刷電路板在埋入地下後,其中所含的鉛可能會從電路板滲出進入地下水,繼而流入我們的飲用水之中,使我們在不知覺中受到鉛污染的毒害。,無鉛定義,對於無鉛的定義,目前全球尚未統一JEDEC(美國)0.2wt%PbJEIDA(日本)0.1wt%PbEUELVD(歐盟)0.1wt%Pb,2023/8/4,http:/,23,2023/8/4,http:/,24,1、ppm表示一百萬份重量的溶液中所含溶質的重量。百萬分之幾,就叫幾個ppm,ppm=溶質的重量/溶液的重量*10六次方。2、WT是品質百分比,例1g溶質/99g溶劑,
13、配成溶液品質百分比就是1WT 即ppm是百萬分之幾,WT百分之幾,相比就是10000倍了,小知識:PPM與WT%,幾種無鉛合金比較,2023/8/4,http:/,25,潤濕性可用特製焊劑彌補,不進行比較,為什麼SnBi合金散熱器無鉛焊接的主流合金?,熔點低,熔點139,峰值溫度160180即可完成焊接,散熱器尺寸大,熱容量大,降低峰值溫度可減少能量損耗,降低對回流焊設備的要求,還可縮短回流時間提高生產效率,降低成本。價格低,價格只有SnAgCu、SnAg的一半左右。,2023/8/4,http:/,26,SnBi替代SnPb給散熱器焊接帶來的變化,熔點下降,生產效率提高,減少了熱管脹管幾率,
14、銅變色程度減輕。潤濕性降低,空洞增加,需用特製的焊劑彌補,需用心於溫度曲線設置來發揮潤濕性,鋼網網眼間距也需進行微調。強度降低,設計散熱器時考慮增大焊接面或選用強度好的結構。鍍鎳件適應能力下降,某些鍍鎳件可能產生拒焊。,2023/8/4,http:/,27,電腦散熱方式,電腦散熱方式主要有三種:風冷散熱法 風冷式散熱法是目前電腦散熱使用最多,也是最成熟的方法,拆開您的主主機殼,您可以在CPU、顯卡、電源等等各處找到它的身影。水冷散熱法半導體致冷法,2023/8/4,http:/,28,散熱器基礎,風冷散熱原理,所謂風冷散熱器,其散熱原理即通過與發熱物體(就電腦而言即CPU、GPU等半導體晶片)
15、緊密接觸的金屬散熱片,將發熱物體產生的熱量傳導至具有更大熱容量與散熱面積的散熱片上,再利用風扇的導流作用令空氣快速通過散熱片表面,加快散熱片與空氣之間的熱對流,即強制對流散熱。,2023/8/4,http:/,29,散熱原理圖示,2023/8/4,http:/,30,風冷散熱的優缺點,讓我們來看一下風冷式散熱法主要的優缺點:優點:結構簡單,價格低廉(比較其它散熱方法),安全可靠、技術成熟。缺點:不能將溫度降至室溫以下,由於存在風扇的轉動,所以有噪音,風扇壽命有時間限制。,2023/8/4,http:/,31,風冷散熱模組分類,根據電腦類型分類:(1)臺式電腦散熱器(2)筆記本散熱器 二者的本質
16、差別是電腦內部用於容納散熱器的空間大小不同,桌上型電腦有較大的空間可以容納個頭較大的散熱器,散熱性能較好,散熱器結構相對簡單一些就可以滿足散熱要求。筆記型電腦就不同了,內部空間有限,散熱性能制約著筆記型電腦性能的提高,這就要求筆記型電腦用散熱器需採用更先進,更複雜的工藝進行生產。,2023/8/4,http:/,32,散熱模組,臺式電腦散熱器,2023/8/4,http:/,33,散熱模組(筆記本),筆記本散熱系統,2023/8/4,http:/,34,IBM筆記本散熱管,散熱模組安裝效果圖,2023/8/4,http:/,35,2023/8/4,http:/,36,散熱模組常見組成單元,平面
17、(底板),鰭片,熱管,折片,還有一些較少見的組成單元,散熱模組形狀類型分析(1),以上四種組成單元進行組合可以組成以下幾種常見的散熱器基本結構:,2023/8/4,http:/,37,(3)平面與鰭片,(2)平面與熱管,(1)平面與平面,(4)平面與折片,散熱模組形狀類型分析(2),(5)熱管與鰭片其中熱管與鰭片又分為三種情況:1)熱管插入鰭片中2)熱管與鰭片底部焊接(與類型2熱管與平面差不多)3)熱管插入鰭片中,上方有較大面積的開口槽,回流時溶劑更易揮發,2023/8/4,http:/,38,1),2),3),Sn42Bi58低溫錫膏回流說明(1),不同類型散熱器對合金潤濕性、合金熔融狀態的
18、流動性及殘留松香的要求不同,針對具體的散熱器類型設定與其類型相適應的溫度曲線可取得更好焊接效果和焊接後外觀。由於錫鉍合金的潤濕性差,通常無法滿足散熱器焊接的要求,這就要求焊劑提供好的潤濕性,而焊料熔化時溶劑殘餘量的多少影響焊劑潤濕性發揮,溶劑殘餘量越多促進潤濕進行。,2023/8/4,http:/,39,焊接要領,Sn42Bi58低溫錫膏回流說明(2),散熱器回流溫度曲線設定需進行綜合全面的考慮:大多數的散熱器焊接都要求錫膏有很好的潤濕性,保證較高的釺著率,但不是都要求熔融焊料有高的流動性。潤濕性好是流動性好的前提,也可以通過回流條件的改變降低流動性。較快的升溫速率,錫膏在較短的時間內升至熔點
19、,此時溶劑揮發較少,潤濕性更好得到發揮,由於焊劑中溶劑量較多,焊劑流動性就更好,更好的帶動液態焊料的流動(擴展润湿)。缺點是溶劑揮發較少殘留就更多一些,殘留也更軟一些,更容易產生溢錫,溢松香,也就是說負面效果主要表現在外觀上。熱管與鰭片焊接(尤其是有較大開槽類型)採用較快的升溫速率,流動性就比較好,促進錫在熱管表面的包裹,而其他類型的模組在保證其足夠潤濕性情況下採用較慢的升溫速率,加劇錫膏熔化前溶劑的揮發(錫熔化時溶劑不可揮發過度,進而影響潤濕,降低釺著率),降低殘留和錫的流動性,使焊料在“原地”润湿,改善焊後外觀。,2023/8/4,http:/,40,Sn42Bi58低溫錫膏回流說明(3)
20、,升溫預熱區:通常散熱器焊接回流曲線升溫區與預熱區界限不明確,必要時可延長80120的時間作为預熱區,升溫預熱區的作用是揮發部分溶劑,去除錫粉氧化物及清潔被焊接表面,為回流時合金潤濕作準備。升溫預熱區延長可加強對焊接表面的化學清潔作用,而太長可能出現溶劑揮發過度,活化劑消耗過多,影響回流時潤濕性。,2023/8/4,http:/,41,Sn42Bi58低溫錫膏回流說明(4),回流區:從焊料自身特性來說,最高溫度越高,合金本身的表面張力下降,潤濕性提高。峰值溫度越高,停留時間越長,越有利於介面合金的生成,強度越高,導熱性能越好,殘留也會少一些,硬一些。但峰值溫度不可過高,停留時間過久,導致溶劑揮
21、發過度,活性劑失效,潤濕性下降,錫又重新收縮,也就是反潤濕。負面影響是:銅氧化變色嚴重,熱管脹管,殘留顏色變深。,2023/8/4,http:/,42,不同散熱模組焊接要領(1),類型(1)平面與平面特點:焊接面大,需要極好的潤濕性,才能達到好的鋪展。另外,由於錫膏被兩平面夾在其中,溶劑會更難揮發些。易出現不良現象:溢松香、空洞、溢錫。建議:採用潤濕性好,殘留少的錫膏,潤濕性好,可減少空洞的產生,殘留少,殘留的流動性就少,對熔融錫的帶動能力就小,可減少溢錫。針對其溶劑難揮發的特點,在不影響焊著率的情況下,採用較慢的升溫速率,加劇錫熔化之前溶劑的揮發,可降低殘留從縫隙中溢出後的流動能力,可減少溢
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