锡铅焊锡替代材料的选择-建筑施工资料分享-筑龙建筑施工论坛

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yaoguobin

发表于2006-01-07 | 只看该作者

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导电胶(Conductive Adhesive)
导电胶是由导电粉、树脂胶粘剂、溶剂等组成的复合材料。导电性胶粘剂具有较低的固化温度，可在室温下固化，或暴露在100-150°C温度之间快速处理，这些胶对粘结温度敏感元件和在象塑料与玻璃这样的不可焊接的基板上提供电气连接是很好的。由于高度灵活性的配方，导电胶也是诸如柔性电路的装配与修理或柔性基板与连接器粘结这些应用的解决方案。
用于导电胶的导电粉必须具有良好的导电性和环境性，常用的导电粉末有银粉、铜粉、石墨粉末、炭黑及镍粉等，也常用一些复合材料如覆银铜粉，选择银微粒和覆银铜粉作为导电填料是因为它们具有良好的电性能、可靠性及成本/性能比。这些粉末对导电性、操作难易和工作都有较大影响，因此一般使用的是粒径为数微米或更小的粉末；而且不光是粒径，形状也是一个重要的因素，实际的导电性是把粒径和形状不同的粉末混合在一起使用的，在银导电胶中就是把球状粉末与箔状粉末合并使用以提高其导电性的。
胶粘剂的作用是如下三点：（1）使孤立的微粒紧密接触而导通；（2）与基材粘合；（3）粒子的环境保护作用，提高导通的稳定性。所使用的作为胶粘剂的树脂因目的与用途不同而不同，但多数用环氧、酚醛、三聚氰胺、丙烯酸类、饱和聚酯等。胶粘剂对导电胶性质的影响，除了膜的固化外在操作难易方面也是很重要的。固化条件、胶粘剂的适用器、单组分还是双组分等都是有胶粘剂所决定，所以在选择导电胶时胶粘剂是极为重要的因素。
导电胶提供元件与电路板之间的机械连接和电气连接。有三种类型的电气导电胶，配方提供需要电气连接的特殊用处。与焊锡类似，各向同性的(isotropic)材料在所有方向均等的导电性，可用于有地线通路的元件。导电性硅胶(silicone)帮助防止元件受环境的危害，比如潮湿，并且屏蔽电磁与无线射频干扰(EMI/RFI)的发射。各向异性的(anisotropic)导电性聚合物或Z轴胶片允许电流只在单个方向流动，提供电气连接性和舒缓倒装芯片元件的应力。
导电胶是无铅和无氟氯化碳(CFC-free)的，不危害臭氧层，并且不含VOC。这些材料提供良好的设计灵活性，因为它们可填充异形区域和不同尺寸的间隙。较低的胶处理温度减少能源成本，允许装配中使用价格低廉的基板，减少PCB上的温度-机械应力和元件的损伤。
焊锡与胶的比较
无铅焊锡与导电胶两者都是强有力的候选材料，提供电子元件的电气连接和热传导；可是，每个技术都有其优点和缺点。取决于应用，某个粘结技术可能提供较好的性能特性，或者提供工艺或成本的优势。
本性上，焊锡形成金属基底之间的冶金连接，而导电胶形成基底表面的机械与化学粘结。冶金连接比导电性胶形成的粘结导电性更好，一般强度更高。因为胶要求金属填充物的有效扩散，来提供良好的电气特性。但是填充颗粒易于氧化，可能随着时间降低胶的导电性，而焊锡易于浸析出(leaching)金属(如，金或铜)，它可能脆化和削弱焊接点。胶会形成使金属表面失去光泽和氧化的高强度粘结，这通常是不可焊接的。
焊锡的导热性(60-65 W/mK)比胶的(3-25 W/mK)更高。焊锡的体积电阻系数(volume resistivity)为0.000015 ohm.cm，比胶的0.0006 ohm.cm少得多，表示焊锡通常比胶的导电性好。
虽然无铅焊锡一般在刚性基板上的抗机械冲击比导电性胶更好，但是焊锡在柔性基板上易于应力开裂。除了有高度柔性的配方之外，导电性胶抗振动与冲击比焊锡好。因为胶不提供焊锡表面张力的自我对中作用，使用胶的元件贴装是关键的，特别是超密间距的元件。对中不好造成较差的电气接触和对机械力的抵抗力不足。
焊锡很适合于J型引脚元件以及电镀和浸锡元件。胶对具有多孔表面的电镀元件元件与电路板粘结良好。胶也是非可焊与高度柔性的基板的唯一无铅替代。因为胶可使用室温或低温固化机制，它们很适合粘结温度敏感的装配和元件。
焊锡经常对要求返工的电路板更有优势，因为胶要求较费时的、可能损坏电路板元件的返工工艺。已经配制出一些万能的环氧树脂，专门用于大间距连接的返工与返修应用。例如，如果电路板表面上的迹线(trace)被擦伤，那么可使用这类胶来在原焊接的地方修理电路。
成本问题
由于许多原因，无铅焊锡和导电胶两者都比传统的锡-铅焊锡更贵。鉴于铅是属于可得到的最廉价的金属(每磅$0.40)，替代合金可能要贵得多。例如，银的每磅价格大约为$90，锡$3.70，铋$3.50，铜$0.85，和锌$0.60。锡膏通常到处的销售价为每克$0.15-0.30，取决于量和合金类型。
导电胶的价格变化很大，取决于使用的填充物的类型及其市场价格。导电胶的不同配方可有十倍或以上的变化因素。使用贵重金属作填充物的导电胶的材料成本相对比无铅焊锡或传统胶的材料成本更高。就单材料成本而言，胶通常比焊锡贵几倍。可是，胶的装配与工艺要求大约为焊锡用于同一应用的材料用量的一半。还有，胶的处理成本可能比焊锡低得多，因为胶的粘结要求较少的步骤。虽然处理时间对焊接与胶粘结对差不多，胶不要求助焊剂应用和清洗的时间与费用，如在波峰焊接应用中使用水洗型助焊剂。
以前使用CFC可迅速

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