焊锡膏基础知识

Ⅰ焊锡膏的定义
焊锡膏是SMT工艺专用材料，主要由焊料合金粉末与膏状助焊剂组成，在SMT工艺中，焊锡膏具有三大功能：
一、提供形成焊接点的焊料；
二、提供促进润湿和清洁表面的助焊剂；
三、在焊料热熔前使元器件固定。

Ⅱ焊锡膏的要求
一、.极好的滚动特性。

二、在印刷过程中具备低的黏度，印刷完成后有高的黏度。

三、与钢网和刮刀有很好的脱离效果。

四、在室内温度下不宜变干，而在预热温度下容易变干的特性。

五、高的金属含量，低的化学成分。

六、低的氧化性。

七、化学成分和金属成分没有分离性。

Ⅲ焊锡膏组成
焊锡膏主要由焊料合金粉末与膏状助焊剂组成。

一、焊料粉末
焊料粉末是焊膏的“心脏”，它是在惰性环境里由雾化熔融焊料制备而成的。

有两种最普遍地雾化方法：气体雾化和离心雾化。

气体雾化是用高压惰性气体橫向吹入熔融的焊料液流。

气流把焊料粉碎成微小球粒，迅速冷却掉入容器里；离心雾化，熔融焊料掉进一个高速转动的盘中，焊料被粉碎成细小颗粒，冷却后收集到容器中。

这两种方法均可得到球状的粉末。

焊料粉末通常是采用高压惰性气体对熔融的焊料喷雾制成，然后根据尺寸分级，这种方法也称为“液体金属雾化法”（ATOMIZATION OF LIQUID METALS）。

合金粉末的收益率、形状、粒度、氧含量取决于合金的融化温度、氮气喷雾的压力、喷嘴的结构尺寸及除氧防护等因素。

主要的性能指标：
1、氧化物含量
电子级焊料合金必须无任何污染，这些污染会降低它的特性。

焊料的氧化也属于一种严重的污染，它会导致一系列的问题，包括降低可焊性，使邻近焊盘之间桥接，形成焊料球等
问题。

为减少氧化的形成，必须严格控制粉末的制造过程，粉末在加工过程、贮存过程直到膏体过程均应在惰性气氛中进行。

一般认为氧化物含0.5％以上就不能采用。

一项研究测定了氧化百分比含量对产生焊料球百分含量的影响，结果发现甚至当氧化物含量达0.5％时，焊料球百分含量就相当大。

焊膏的制造厂家至少要保证，他生产的焊膏氧化物含量在0.003％以下，推荐的规范极限值为0.15％。

2、颗粒的形状
它可以分为有规则和无规则两种形态，对锡膏的使用工艺性有一定的影响。

粉末的形状以球状最佳。

它具有良好的印刷性能而不会出现堵塞孔眼的现象。

此外，从几何学角度来看，球形粉末具有最小的表面积，相对而言，合金粉末有较低的含氧量，这对于提高焊接质量是有利的。

然而，国外也有采用在球形粉末中加入一定量的非球形粉末，可以有效的阻止焊膏在融化时出现的流动。

丝网印刷或注射式布膏，要求粉末粒子的形状最好是球状或接近球状，球形在一定体积的情况下具有最小的表面积，其氧化的机率也就小了。

细长的或不规则的粒子，很可能是印刷的障碍。

现在的国际标准要求焊锡膏中锡粉的球形粒子数的比例要大于90％。

有人提倡使用含有一定百分比非球形粒子，以减少焊膏的“塌陷”和小间隙焊盘之间的桥连。

这种主张认为这些粒子具有一内部止动作用，可以阻止在热熔过程中焊剂熔化时粉末粒子的流散。

但是很少有市场上提供焊膏吸取这一概念。

多数制造厂家在减少“塌陷”的手段上，是合适地选用流变调节剂。

二、膏状助焊剂
固体含量为50%---70%，优良的焊剂应具备下列条件：
1，焊剂应有高的拂点，以防止焊膏在再流焊的过程中出现喷射；
2，高的粘稠性，以防止焊膏在存放过程中出现沉淀；
3，低卤素含量，以防止再流焊后腐蚀元件；
4，低的吸潮性，以防止焊膏在使用过程中吸收空气中的水蒸气。

助焊剂中一般包括树脂、触变剂（流变调节剂）、溶剂、活性剂、抗氧化剂等。

1.松脂
一般使用橡胶松脂或合成松脂,除去被焊母材表层的氧化物,并作为粘合剂和保护剂,在熔融后覆盖在焊点表面保护焊点。

2.触变剂
触变剂也称粘度控制剂或流变调节剂，可采用蓖麻油作为触变剂,它用来使之获得合适的焊膏粘度与沉积特性。

用于网印布膏，选择调节剂必须是促进可印性，减少“塌陷”，在重复印刷周期中，焊料粉末不会从焊剂中分离出来。

若是焊膏由注射式涂分，那么流变调节剂必须起到防止堵塞注射的作用。

同时最小可能产生“挂珠”（Stringing）现象。

所谓“挂珠”现象是注射嘴在焊盘表面分离不利索而把部分粘在咀上的焊膏丝带到一个焊盘上。

氢化麻油
3.溶剂
溶剂含量为30---50%，一般使用乙二醇或乙醇作为溶剂，溶剂是溶解固态分的基础，所加的多数溶剂是作为焊剂活性剂的媒体，同时可以改善焊膏的贮存寿命。

这些挥发性组合必须是低毒性、高闪点的物质。

另外在焊膏干燥的工序中，溶剂也要求能全挥发掉不致产生溅射的现象。

焊膏里任何残留的焊剂在热熔操作时均会强烈地沸腾，使之将焊料粒子散射在电路板上。

4.活性剂
使用卤素化合物及有机酸作为活性剂，除去被焊母材表层的氧化物。

Ⅳ性能指标与技术要求（标准）
目前焊锡膏的标准一般均采用美国联合工业标准J-STD-005（Reqiurements for Solder Pastes）。

主要的性能指标包括：坍塌性能，润湿性、锡珠试验、腐蚀性、粘度、金属含量
工作寿命、贮存寿命等
一金属（粉末）百分含量
金属的百分含量是指一定体积的焊膏沉积的焊料的量。

金属百分含量常规是重量百分比而不是体积百分比。

可惜体积是影响焊膏特性和焊点质量的主要因素。

焊料太少，其结果会造成多的针孔和增加“塌陷”产生。

早期的焊膏的金属含量只有70％（重量）和小于25％（体积）。

当前为了得到高质量的焊点，需要更高的重量百分率。

用于丝网或漏模板用的焊膏，多数制造厂家推荐用90％金属含量的焊膏。

为防止可能的堵塞，采取注射式分配时，则金属含量低至80－85％是必要的。

标准则要求金属含量应在标称值的±1％范围内。

二合金粉末粒度形状、大小及分布
焊料粉末的尺寸一般控制在30~50微米，过粗的粉末会导致焊膏的黏结性能变差，细粒度的颗粒印刷性能好，但是价格比较贵。

特别是粒度越细含氧量越大，带来焊接缺陷的几率
也增大，对于锡膏的含氧量一般不超过50PPM，否则会引起焊接过程中的“锡珠”现象。

前面提到焊锡膏的合金粉对粒度的要求是非常严格的，球形的锡粉必须在90％以上，否则会影响焊锡膏的印刷性能，严重会引起空焊、焊点不饱满等问题。

粒度的大小与分布也必须满足一定的要求，见表11－1，11－2。

表11－1 焊料粉规格以及粒度与分布要求（粒度单位：Microns）
三粘度
焊膏的粘度是非常重要的参数，过高或太低的粘度会影响印刷、坍塌、以及掉件（元器件脱落）等问题。

焊锡膏的粘度通常用Brookfield或Malcom粘度计测量，按照涂布工艺规范（丝网的目数，刮刀的速度等），提出焊膏的粘度。

粘度低，锡膏流动性好利于渗锡但成型不好，易引起桥连；粘度高，则锡膏流动时的阻力大，能维持良好的锡膏形状，但容易堵塞网孔而引起少锡不良。

对模板印刷一般推荐粘度为500～900pa.s，丝网印刷一般推荐粘度为200pa.s，注射式用的焊膏会更低一些。

温度越高，锡膏粘度越小。

为保持一定的粘度，一般使用锡膏的环境温度设定在25℃左右。

四锡珠试验
板面上分布孤立的焊料球，是在热熔焊以后出现的，引起的原因较多。

诸如，氧化物含量较高，塌陷严重，焊料粒子形状不佳，热熔焊之前干燥不当等因素造成的。

要是在清洗过程中不除去，会引起邻近导体之间的短路。

严重的情况，在焊点上留下的焊料体积可能不足以形成可靠的连接。

五润湿性试验
焊锡膏的润湿性，表示焊膏中（焊剂）清洁金属表面和促进润湿的能力。

可通过测试方法测定：在已知氧化厚度的铜表面放上一定量的焊膏，如果焊剂的活性越强，则热熔的焊料直径越大，且无反润湿现象。

润湿性差则焊接效果差，会引起虚焊、漏焊等质量问题。

六工作寿命（Tack Test）
焊膏的工作寿命是确定焊膏印上后到元器件安放之间所经历的时间。

对丝网印刷焊膏而言，工作寿命也表明丝印焊膏搁置多长时间就得报废。

最短的工作寿命为三天，一块扳子星期五印上焊膏，可到下一个星期一安装元件。

然而这仅仅是在原理上成立，大量的经验证实：为了达到最低的次品水平，即使焊膏有较长的工作寿命，一般在丝印焊膏几小时后就应安放上元件。

工作寿命密切关系到焊膏在丝网或漏模板上能停留多少时间，而不致降低性能。

工作寿命容易规定但难以测定。

一般测定是观察在丝印以后，不同间隔时间内焊膏的粘着力变化来测定，刚刚印刷的焊锡膏的粘着力最大，当该力下降到其80％时对应的放置时间，就是其工作寿命。

七抗坍塌性能
当印刷焊锡膏时，由于重力和张力的原因，引起印刷图形塌下，超出原来的图形边界，这种现象称为坍塌。

这会造成焊锡膏向外流动并可能产生桥连。

热熔的动态特性使得焊料在润湿焊盘的过程以前，把不必要的区域也润湿了，因而将焊点的焊料夺走，使该连接的没连接，不该连的则形成桥连。

好焊锡膏要求有良好的抗坍塌性能，不仅常温印刷、添片时有这种要求，高温150℃时都要求有这种良好的性能，否则，再流焊预热时也会产生坍塌。

八贮存寿命
一般焊膏的贮存寿命，制造厂家规定为六个月到一年。

溶剂挥发，焊料粉末沉淀，各组分间的化学反应，焊料粉末的氧化等均会随着时间使之失效。

冷却环境里（但不到焊膏冷冻点）可以使其贮存寿命延长。

经过适合的贮存周期后，为了确保均匀性，一般在使用之前最好缓慢充分地搅拌。

可用小刮刀混合，并小心操作防止产生空气泡（空气会加速氧化）。

因溶剂挥发粘度发生变化的焊膏，有时可以加入适当的稀料来挽救。

但实际上不主张这样做，因稀料使用不当，会使焊膏的流变性、金属百分含量发生变化，引起焊料的残次程度增高。

最好的解决方法是购买小包装焊膏，很快能用完。

这样即使焊膏有问题进行报废，也不致造成较大的经济损失。

其它的性能指标还包括：与助焊剂有关的绝缘电阻、腐蚀性、卤素等等。

Ⅴ焊锡膏的选用
一按第二章确定的原则或方法确定焊锡膏的助焊剂类型，一般使用最多的是RMA型
（或REL0，REL1、REM0、REM1）的。

类型性能用途
RA 活性，松香型消费类电子
RMA 中等活性一般SMT
OA 水清洗强活性，焊后需要水清洗
NC 免清洗要求较高的SMT 产品
二根据所要焊接的PCB上布线和焊盘间距确定所使用的焊锡膏中锡粉的粒度型号，选用原则是最细间距至少应是锡粉最大粒度直径的三倍以上。

一般使用最多的是TYPE 3～4的锡粉的焊锡膏。

三焊料主成份类型，SMT工艺一般使用Sn63Pb37或Sn62Pb36Ag2合金规格的锡粉，后者一般用在PCB焊盘或元器件引脚含有银的场合，否则尽量少用，尽管其焊接效果可能稍好，但因为如果与助焊剂配合不当（特别是混装工艺）时，容易引起银迁移失效现象。

四注意组装工艺与焊锡膏粘度的配套。

五选择经检测各方面性能满足标准要求的产品进行工艺试用。

六试用确认焊锡膏的可印刷性、脱网性，以免反复擦洗丝网，影响工作效率。

严格意义上讲，工艺使用试验后，还需对试制出的PCBA产品进行可靠性评价试验（比如温度循环试验、高温高湿试验、冲击振动等），证实一切可靠后，方可正式采用。