SMT的工艺过程涉及多种粘接剂材料,如固定片式元器件的贴片胶、对线圈和部分元器件起定位作用的密封胶、临时粘接表面组装元器件的插件胶等,这些粘接剂主要是起粘接、定位或密封作用。
此外,还有一些具有特殊性能的粘接剂,如导电胶,它能代替焊料在装联过程中起焊接作用。
在上述粘接剂中,对SMT工艺过程最重要的是贴片胶。
一、贴片胶的用途
贴片胶,也称贴装胶、SMT红胶,它是红色的膏体中均匀地分布着固化剂、颜料、溶剂等的粘接剂,主要用来将元器件固定在印制板上,一般用点胶或网板印刷的方法来分配。贴上元器件后放入烘箱或回流焊机加热硬化,一经加热硬化后,再加热也不会溶化,也就是说,贴片胶的热固化过程是不可逆的。SMT贴片胶的使用效果会因热固化条件、被连接物、所使用的设备、操作环境的不同而有差异。使用时要根据生产工艺来选择贴片胶,在SMT生产中,其主要作用是:
(1)在使用波峰焊时,为防止PCB通过焊料槽时元器件掉落,而将元器件固定在印制板上。
(2)双面回流焊工艺中,为防止已焊好的那一面上大型器件因焊料受热熔化而脱落,要使用贴片胶固定。
(3)用于回流焊工艺和预涂敷工艺中防止贴装时的位移和立片。
(4)此外,PCB和元器件批量改变时,用贴片胶作标记
二、 贴片胶的化学组成
表面组装贴片胶通常由基体树脂、固化剂和固化促进剂、增韧剂和填料组成。
(1)基体树脂。 是贴片胶的核心,一般用环氧树脂和丙烯酸酯类聚合物。近年来也用聚氨酯、聚酯、有机硅聚合物以及环氧树脂—丙烯酸酯类共聚物。
(2)固化剂和固化促进剂。 常用的固化剂和固化促进剂为双氰胺、三氟化硼—胺络合物、咪唑类衍生物、酰胺、三嗪和三元酸酰肼等。
(3)增韧剂。 由于单纯的基体树脂固化后较脆,为弥补这一缺陷,需在配方中加入增韧剂。常用的增韧剂有邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、液体丁腈橡胶和聚硫橡胶等。
(4)填料。 加入填料后可提高贴片胶的电绝缘性能和耐高温性能,还可使贴片胶获得合适的黏度和粘接强度等。常用的填料有硅微粉、碳酸钙、膨润土、白碳黑、硅藻土、钛白粉、铁红和碳黑等。
三、 贴片胶的分类
1.按基体材料分
按基体材料分,贴片胶可分为环氧树脂和聚丙烯两大类。
环氧树脂是最老的和用途最广的热固型、高黏度的贴片胶,常用双组分。聚丙烯贴片胶则常用单组分,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.按功能分
按功能分,贴片胶有结构型、非结构型和密封型。
结构型具有高的机械强度,用来把两种材料永久地粘接在一起,并能在一定的荷重下使它们牢固地接合。非结构型用来暂时固定具有不大荷重的物体,如把 SMD 粘接在 PCB上,以便进行波峰焊接。密封型用来粘接两种不受荷重的物体,用于缝隙填充、密封或封装等目的。前两种粘接剂在固化状态下是硬的,而密封型粘接剂通常是软的。
3.按化学性质分
按化学性质分,贴片胶有热固型、热塑型、弹性型和合成型。
(1)热固型粘接剂固化之后再加热也不会软化,不能重新建立粘接连接。热固型又可分单组分和双组分两类。所谓单组分是指树脂和固化剂包装时已经混合。它使用方便,质量稳定,但要求存放在冷藏条件下,以免固化;双组分的树脂和固化剂分别包装,使用时才混合,保存条件不苛刻。但使用时的配比常常把握不准,影响性能。热固型可用于把SMD粘接在PCB上,主要有环氧树脂、腈基丙烯酸酯、聚丙烯和聚酯。
(2)热塑型固化后可以重新软化,重新形成新的粘接剂,它是单组分系统。
(3)弹性粘接剂是具有较大延伸率的材料,可由合成或天然聚合物用溶剂配制而成,呈乳状,如尿烷、硅树脂和天然橡胶等。
(4)合成粘接剂由热固型、热塑型和弹性型粘接剂组合配制而成。它利用了每种材料的最有用的性能。如环氧—尼龙、环氧聚硫化物和乙烯基—酚醛塑料等。
4.按使用方法分
按使用方法,可分为针式转移、压力注射式、丝网/模板印刷等工艺方式适用的贴片胶。
四、表面组装对贴片胶的要求
为了确保表面组装的可靠性,贴片胶应符合以下要求。
(1)常温使用寿命要长。
(2)合适的黏度。 贴片胶的黏度应能满足不同施胶方式、不同设备、不同施胶温度的需要。胶滴时不应拉丝;涂敷后能保持足够的高度,而不形成太大的胶底;涂敷后到固化前胶滴不应漫流,以免流到焊接部位,影响焊接质量。
(3)快速固化。 贴片胶应在尽可能低的温度下,以最快的速度固化。这样可以避免PCB翘曲和元器件的损伤,也可避免焊盘氧化。
(4)粘接强度适当。 贴片胶在焊前应能有效地固定片式元器件,检修时应便于更换不合格的元器件。贴片胶的剪切强度通常为6~10 MPa。
(5)其他。 在固化后和焊接中应无气析;应能与后续工艺中的化学制剂相容而不发生化学反应;不干扰电路功能;有颜色,便于检查;供SMT用贴片胶的典型颜色为红色或橙色。
(6)贴片胶的包装。 目前市场上贴片胶的包装主要有两种形式,一种是注射针管式包装,可直接上点胶机使用。其包装规格主要有5 ml、10 ml、20 ml和30 ml;此外还有300 ml注射管大包装,使用时分装到小针管中再上点胶机。注意将大包装分装到小注射针管中应使用专用工具。
听装主要用于针式转移法和印刷法,一般是1 kg/听。图1所示是两种包装的外观。