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《材料创新研究体验》研讨课大纲 微电子表面组装无铅焊料的设计、制备及应用 16 学时,1 学分 1、名称 微电子表面组装无铅焊料的设计、制备及应用 2、背景、目的及解决的问题 表面组装技术 (Surface Mounting Technology，SMT)是目前电子组装行业里 最流行的一种技术和工艺。它是无须对印制电路板钻插装孔、直接将表面贴装微 型元器件贴焊到印制电路板(PCB)或其它基板表面规定位置的先进电子装连技 术，它具有组装密度高、电子产品体积小、重量轻等特点。贴片元件的体积和重 量只有传统插装元件的 1/10 左右，一般采用 SMT 之后，电子产品体积缩小 40%-60%，重量减轻60%-80%。 SMT 基本工艺构成要素包括：丝网印刷 (或点胶) ，贴装 ( 固化) ，回流焊 接，清洗等。丝网印刷：其作用是将焊膏或贴片胶漏印到PCB 的焊盘上，为元 器件的焊接做准备。所用设备为丝印机 (丝网印刷机) ，位于SMT 生产线的最前 端。点胶：主要作用是将元器件固定到 PCB 板上。贴装：其作用是将表面组装 元器件准确安装到PCB 的固定位置上。回流焊接：其作用是将焊膏融化，使表 面组装元器件与PCB 板牢固粘接在一起。所用设备为回流焊炉，位于SMT 生产 线中贴片机的后面。 焊膏是表面组装的关键原材料，在经过回流焊接后在电子元件与PCB 板之 间形成焊点连接，因此其主要成分是焊料合金。然而，由于要满足前面的印刷工 艺，需要具有一定的流变性能要求，因此焊膏中还有 10%-15%的有机物。因此 焊膏是金属粉末与有机溶剂组成的混合物。对比锡丝、锡条等电子钎焊材料，焊 膏作为第三代焊料，确实有很大的优势，它不仅适用于表面贴装，更大大的提高 了焊料的使用效率。虽然焊条采用波峰焊之后和焊丝相比效率也有所提高，但是 它带来了能耗高，损耗高等问题，而焊膏的能耗较低。 以往的焊料产品中含有重金属铅，对人体具有潜在的毒性，目前电子工业中 逐步采用无铅焊料合金替代传统锡铅焊料合金。然而，无论是高温SnCu 焊料还 是低温SnBi 焊料，熔点、润湿性及抗氧化性都与传统焊料有很大差异，因此焊 膏中的有机溶剂体系也需要进行改进已满足工艺使用的要求。 综上，本项目教学主要包括四方面内容： （1）介绍先进的电子表面组装工艺技术及其应用。 （2 ）介绍焊料合金的基本性能要求，包括熔点、润湿性、抗氧化性。 （3 ）介绍焊膏的基本性能要求，包括粘度、触变性、活性、抗坍塌性。 （4 ）通过项目背景技术的介绍，帮助学生了解材料的性能要求，引导学生 从实用性出发，根据关键性能设计材料，学习材料的制备过程，性能的表征和检 验，最后将制备得到材料用于实际样品，使材料的功能性在样品中得到体现，激 发学生“学以致用” 的热情。 3、指导教师 周健 4、学时安排 授课：2～4 学时；实验：8 学时；讨论：2～4 学时；汇报：2 学时。共 16 学时。 授课内容： （1）介绍无铅焊料和电子封装工艺的背景，课程要求、教学计划和考核方 式。其中，课程要求具体包括：焊料样品的熔点等核心性能达到要求、焊膏满足 印刷和助焊效果。 （2 ）介绍不同材料的力学性能、常用制备方法和关键性能指标，模型展示； （3 ）介绍常用原材料的基本物理性能，以及该项目需要使用的分析测试设 备的功能、基本原理、操作方法和测试结果分析方法；学生自由分组。 （4 ）在课程结束之前，集中安排学生小组汇报研发成果，教师点评。汇报 方式可以采用口头演讲、宣传展板等方式。汇报内容包括：样品展示、设计方案、 技术路线、测试分析结果、成本分析评价。 5、实验准备：原材料及相关设备等 （1）原材料：学生可用本课程提供的原材料，包括：焊料粉末、溶剂、成 膜剂、活性剂、触变剂等。但不限于仅使用这些，允许自行选购其他可用材料。 （2 ）相关设备：温控加热平台，搅拌器，印刷平台。 6、实验内容和考核指标 该装置和核心层材料性能必须满足如下要求： 性能要求：焊料熔点满足焊接温度要求，制备的焊膏能够印刷成指定形状， 在回流后能够形成良好润湿。 研发工艺要求：基于现有试验条件和试验装置，研发工艺尽量简便易行，在