車規(guī)級無鉛錫膏是新能源汽車電子SMT焊接的核心材料,直接決定車載電子元器件的焊接可靠性、耐高溫性和抗振動能力。車載電子長期處于高低溫循環(huán)、振動沖擊的復(fù)雜環(huán)境,一旦錫膏焊接出現(xiàn)問題,輕則導(dǎo)致元器件失效,重則影響整車行車安全。結(jié)合我們十六年錫膏研發(fā)與車間實操經(jīng)驗,本文重點講車規(guī)級無鉛錫膏的核心工藝要點、常見缺陷解決方法,都是平時踩過不少坑總結(jié)出來的實操干貨,供行業(yè)同仁參考。
一、車規(guī)級無鉛錫膏核心特性與關(guān)鍵參數(shù)(必看)
車規(guī)級無鉛錫膏和普通消費電子用錫膏差異很大,核心要求是穩(wěn)定性和可靠性,不能只看焊接效果,還要適配車載環(huán)境的嚴苛要求。這里重點說幾個關(guān)鍵參數(shù),不用太復(fù)雜,抓核心就行,其他次要參數(shù)我們平時生產(chǎn)中基本不刻意關(guān)注。
首先是合金成分,車規(guī)級優(yōu)先選SAC305(Sn96.5-Ag3.0-Cu0.5),部分高溫場景可選SAC405 ,這兩種合金熔點在217-220℃,耐高溫、抗振動能力強,焊接后焊點強度高,我們合作的幾家車企,不管是車載中控還是電池管理系統(tǒng)(BMS),基本都用這兩種合金成分的錫膏。其次是粘度,車規(guī)級無鉛錫膏粘度控制在 100-180Pa·s最佳,粘度太高會導(dǎo)致印刷不順暢、焊膏殘留多,粘度太低容易出現(xiàn)塌邊、連錫,我們車間實測,這個粘度區(qū)間適配絕大多數(shù)車載PCB板的印刷需求。
還有氧化度和焊劑比例,氧化度必須≤0.05%,超過這個數(shù)值,焊接時很容易出現(xiàn)錫珠、虛焊,我們平時會定期檢測錫膏氧化度,一旦超標(biāo)直接更換,不將就;焊劑比例控制在3.5-4.5%,焊劑太多會導(dǎo)致焊點殘留多、出現(xiàn)飛珠,太少則潤濕性不足,焊不上錫,這個比例是我們試了很多次,最穩(wěn)定的區(qū)間。另外觸變性要適中,保證印刷后焊膏形狀不坍塌,回流焊時能均勻鋪展,這對車載元器件的精密焊接很重要。
二、車規(guī)級無鉛錫膏實操工藝要點(核心重點)
1. 存儲與開封工藝(基礎(chǔ)但易出錯)
車規(guī)級無鉛錫膏對存儲要求很嚴格,和普通錫膏不一樣,不能隨便放。必須存儲在2-10℃的恒溫冰箱里,保質(zhì)期6個月,開封前一定要回溫2-4 小時,讓錫膏溫度和車間環(huán)境溫度(23±2℃)一致,濕度控制在45-65%RH。這里要注意,很多廠家圖省事,回溫時間不夠就開封使用,導(dǎo)致錫膏內(nèi)部產(chǎn)生冷凝水,焊接時出現(xiàn)錫珠、炸錫,我們以前也踩過這個坑,后來嚴格執(zhí)行回溫時間,這個問題基本杜絕了。
開封后,要充分攪拌3-5分鐘,確保合金粉末和焊劑均勻混合,攪拌時速度不要太快,避免帶入空氣,不然會增加錫膏氧化風(fēng)險。攪拌完成后,靜置10-15分鐘,釋放內(nèi)部氣泡,再進行印刷,這一步不能省,不然印刷后會出現(xiàn)針孔、氣泡缺陷。開封后的錫膏,建議在 8小時內(nèi)用完,沒用完的要密封好,放回冰箱存儲,再次使用前還要重新攪拌、回溫,超過24小時沒用完的,直接報廢,不要節(jié)約,避免影響焊接質(zhì)量。
2. 印刷工藝(決定焊接基礎(chǔ),細節(jié)為王)
印刷工藝是車規(guī)級無鉛錫膏焊接的關(guān)鍵,車載PCB板很多是精密元器件,焊盤間距小,對印刷精度要求高。鋼網(wǎng)厚度建議控制在0.12-0.15mm,鋼網(wǎng)開口要和焊盤匹配,開口尺寸一般是焊盤尺寸的80-90% ,太大容易導(dǎo)致焊膏過多,出現(xiàn)連錫,太小則焊膏不足,出現(xiàn)虛焊。我們車間針對車載PCB板,都是定制專用鋼網(wǎng),很少用通用鋼網(wǎng),這樣能大幅降低印刷缺陷。
印刷速度控制在80-120mm/s,印刷壓力0.15-0.25MPa,刮刀角度45-60°,這些參數(shù)不是固定的,要根據(jù) PCB板的復(fù)雜度、焊盤大小靈活調(diào)整。比如車載BMS的PCB板,焊盤密集,我們會把印刷速度調(diào)到 80-100mm/s,壓力調(diào)至0.2MPa左右,確保焊膏均勻覆蓋焊盤,沒有漏印、少印的情況。印刷后,要及時檢查焊膏印刷效果,用放大鏡查看,發(fā)現(xiàn)漏印、偏移、焊膏過多或過少,要及時清理鋼網(wǎng)、調(diào)整參數(shù),避免流入下一道工序。
3. 回流焊工藝(核心中的核心,參數(shù)不能亂調(diào))
回流焊工藝直接決定焊點質(zhì)量,車規(guī)級無鉛錫膏的回流焊曲線,必須嚴格匹配合金成分和焊劑特性,不能照搬普通錫膏的曲線參數(shù),我們試過很多次,照搬參數(shù)會導(dǎo)致焊點不飽滿、虛焊、錫珠等一系列問題。
具體參數(shù)參考:預(yù)熱區(qū)(120-150℃),升溫速率1-2℃/s,保溫時間60-90s,這個階段主要是揮發(fā)焊膏中的水分和溶劑,升溫太快會導(dǎo)致溶劑快速揮發(fā),產(chǎn)生錫珠、炸錫;恒溫區(qū)( 150-180℃),保溫時間90-120s,目的是讓焊膏充分浸潤焊盤和元器件引腳,減少氧化,這個階段溫度不能太高,不然會導(dǎo)致焊劑提前失效;回流區(qū)(220-230℃ ),峰值溫度225±5℃,保溫時間15-30s,溫度太高會損傷元器件和PCB 板,太低則焊膏不能完全融化,出現(xiàn)虛焊;冷卻區(qū),降溫速率2-4℃/s,快速冷卻能讓焊點結(jié)晶致密,提高焊點強度,避免出現(xiàn)焊點發(fā)脆的情況。
這里要強調(diào),不同廠家的車規(guī)級無鉛錫膏,回流焊參數(shù)會有細微差異,一定要參考廠家提供的參數(shù),再結(jié)合車間實際設(shè)備、PCB板情況調(diào)整,我們平時都是先做小批量試焊,確定最佳曲線后,再批量生產(chǎn),這樣能最大程度保證焊接質(zhì)量。
三、車規(guī)級無鉛錫膏常見缺陷及解決方法(實操干貨)
1. 錫珠(最常見,車載電子中絕對不允許出現(xiàn))
錫珠是車規(guī)級無鉛焊接中最常見的缺陷,也是最危險的缺陷之一,車載電子中,錫珠直徑超過0.3mm,就可能導(dǎo)致元器件短路,影響行車安全。我們平時生產(chǎn)中,錫珠缺陷主要集中在精密元器件周圍,總結(jié)了幾個主要成因和解決方法,親測有效。
成因主要有4點:一是錫膏氧化度超標(biāo),超過0.05%,合金粉末氧化后,焊接時不能充分融化,形成錫珠;二是回流焊預(yù)熱升溫太快,超過2℃/s ,焊膏中的溶劑快速揮發(fā),沖擊焊膏,形成錫珠;三是印刷時焊膏過多,或者鋼網(wǎng)開口太大,回流焊時多余的焊膏溢出,形成錫珠;四是PCB板或元器件引腳有油污、氧化層,焊膏潤濕性不足,不能均勻鋪展,形成錫珠。
解決方法很直接:首先,嚴格控制錫膏氧化度,定期檢測,開封后及時使用,避免長時間暴露在空氣中;其次,調(diào)整回流焊預(yù)熱升溫速率,控制在1-2℃/s,確保溶劑緩慢揮發(fā);再次,優(yōu)化印刷參數(shù),調(diào)整鋼網(wǎng)開口尺寸,減少焊膏用量,避免焊膏過多;最后,焊接前清理PCB板和元器件引腳,去除油污、氧化層,提高潤濕性。我們車間按照這個方法操作后,錫珠缺陷率從原來的 8%下降到1%以下,效果很明顯。
2. 虛焊(隱蔽性強,后期失效風(fēng)險高)
虛焊是車規(guī)級無鉛焊接中隱蔽性最強的缺陷,焊接后外觀看起來正常,但實際焊點接觸不良,車載電子長期處于振動環(huán)境中,很容易出現(xiàn)焊點脫落、元器件失效的情況,給整車安全帶來隱患。我們以前遇到過,批量生產(chǎn)的車載中控,因為虛焊問題,后期出現(xiàn)大量返修,損失很大,后來總結(jié)了一套解決方法,基本杜絕了虛焊問題。
虛焊的主要成因:一是錫膏潤濕性差,焊劑活性不足,不能充分浸潤焊盤和引腳;二是回流焊峰值溫度不夠,或者保溫時間不足,錫膏沒有完全融化,焊點沒有形成良好的冶金結(jié)合;三是PCB板焊盤氧化、有油污,或者元器件引腳氧化;四是印刷時焊膏不足,焊盤沒有被焊膏完全覆蓋。
解決方法:選用焊劑活性高的車規(guī)級無鉛錫膏,確保潤濕性達標(biāo);調(diào)整回流焊參數(shù),保證峰值溫度和保溫時間足夠,讓錫膏完全融化;焊接前對PCB板和元器件進行清潔,去除氧化層和油污;優(yōu)化印刷參數(shù),確保焊膏均勻覆蓋焊盤,沒有漏印、少印的情況。另外,焊接后要進行X光檢測,及時發(fā)現(xiàn)隱蔽的虛焊缺陷,避免流入下一道工序。
3. 連錫(精密元器件易出現(xiàn),影響絕緣性能)
連錫主要出現(xiàn)在車載PCB板的精密元器件之間,比如車載芯片、電阻電容,焊盤間距小,一旦出現(xiàn)連錫,會導(dǎo)致元器件短路,影響絕緣性能,甚至燒毀元器件。我們平時生產(chǎn)中,連錫缺陷主要和印刷工藝、回流焊工藝有關(guān)。
成因:一是鋼網(wǎng)開口太大,或者印刷壓力太大,導(dǎo)致焊膏過多,回流焊時多余的焊膏溢出,連接相鄰焊盤;二是回流焊升溫速率太快,焊膏坍塌,導(dǎo)致連錫;三是錫膏粘度太低,印刷后焊膏形狀不穩(wěn)定,出現(xiàn)塌邊,回流焊時形成連錫。
解決方法:定制專用鋼網(wǎng),縮小鋼網(wǎng)開口尺寸,調(diào)整印刷壓力,減少焊膏用量;調(diào)整回流焊升溫速率,控制在1-2℃/s,避免焊膏坍塌;選用粘度合適的錫膏,控制在100-180Pa·s,確保印刷后焊膏形狀穩(wěn)定。另外,印刷后及時檢查,發(fā)現(xiàn)連錫隱患,及時清理,避免回流焊后無法修復(fù)。
除了以上三種常見缺陷,車規(guī)級無鉛錫膏焊接還可能出現(xiàn)立碑、焊點發(fā)脆等問題,這些問題大多和工藝參數(shù)、錫膏性能有關(guān),只要嚴格控制錫膏質(zhì)量,優(yōu)化實操工藝,基本都能解決。我們多年的實操經(jīng)驗總結(jié)下來,車規(guī)級無鉛錫膏焊接,沒有什么復(fù)雜的理論,關(guān)鍵在于細節(jié),參數(shù)不能亂調(diào),流程不能省,每一步都做到位,焊接質(zhì)量自然有保障。
總結(jié)一下,車規(guī)級無鉛錫膏的核心是“穩(wěn)定”和“ 可靠”,選型時優(yōu)先選適配車載場景的合金成分,實操時嚴格控制存儲、印刷、回流焊的每一個環(huán)節(jié),重點關(guān)注氧化度、粘度、回流焊曲線這幾個關(guān)鍵要點,就能有效避免錫珠、虛焊、連錫等常見缺陷,提升焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率。車規(guī)級電子焊接,容不得半點馬虎,每一個焊點,都關(guān)系到整車行車安全,這也是我們多年來一直堅守的原則。
作為十六年老牌錫膏研發(fā)生產(chǎn)廠家,我們佳金源深耕電子焊接領(lǐng)域多年,專注車規(guī)級無鉛錫膏的研發(fā)與生產(chǎn),緊跟新能源汽車電子行業(yè)技術(shù)趨勢,服務(wù)上千家電子制造企業(yè),其中包括多家知名車企及車載電子配套廠商。我們生產(chǎn)的車規(guī)級無鉛錫膏,采用高純度合金粉末,氧化度≤0.05%,焊劑活性高,潤濕性優(yōu)良,能有效避免錫珠、虛焊、連錫等常見缺陷,焊點光亮飽滿、牢固可靠,耐高溫、抗振動,適配車載中控、 BMS、車載傳感器等各類車規(guī)級電子SMT/DIP焊接場景。我們的優(yōu)勢很明確:性價比高、生產(chǎn)速度快、支持免費打樣、可小批量訂制,擁有專業(yè)的工藝團隊,能為客戶提供一對一工藝指導(dǎo)和定制化解決方案。有車規(guī)級無鉛錫膏選型、采購及工藝優(yōu)化需求的朋友,直接聯(lián)系我們,免費獲取樣品和定制化方案,幫你解決焊接難題,助力企業(yè)提升生產(chǎn)效率和產(chǎn)品可靠性。
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