锡膏的分类和介绍-仪表展览网

锡膏的分类和介绍
一、SMT对焊膏的技术要求
    1．焊膏的合金组分尽量达到共晶或近共晶，要求焊点强度较高，并且与PCB镀层、元器件端头或引脚可焊性要好。
    2．在储存期内，焊膏的性能应保持不变。
    3．焊膏中的金属粉末与焊剂不分层。
    4．室温下连续印刷时，要求焊膏不易于燥，印刷性(滚动性)好。
5．焊膏粘度要满足工艺要求，既要保证印刷时具有优良的脱模性，又要保证良好的触变性(保形性)，印刷后焊膏不塌落。
6．合金粉末颗粒度要满足工艺要求，合金粉末中的微粉少，焊接时起球少。
     7.再流焊时润湿性好，焊料飞溅少，形成最少量的焊料球。
二、焊膏的构成
焊膏是一种均质混合物，由合金焊料粉，糊状焊剂和一些添加剂混合而成的具有一定粘性和良好触变性的膏状体。在常温下，焊膏可将电子元器件初粘在既定位置，当被加热到一定温度时（通常183℃）随着溶剂和部分添加剂的挥发，合金粉的熔化，使被焊元器件和焊盘连在一起，冷却形成永久连接的焊点。对焊膏的要求是具有多种涂布方式，特别具有良好的印刷性能和再流焊性能，并在贮存时具有稳定性。
1合金焊料粉
　　合金焊料粉是焊膏的主要成分，约占焊膏重量的85％—90％。常用的合金焊料粉有以下几种：
锡 – 铅      （Sn – Pb）
锡 – 铅 – 银（Sn – Pb – Ag）
锡 – 铅 – 铋（Sn – Pb – Bi）
　　合金焊料粉的成分和配比以及合金粉的形状、粒度和表面氧化度对焊膏的性能影响很大，因此制造工艺较高。
常用合金焊料粉的金属成分、熔点：
最常用的合金成分为Sn63Pb37和Sn62Pb36Ag2,其中Sn63Pb37的熔点为183℃，共晶状态，掺入2％的银以后熔点为179℃，为共晶状态，它具有较好的物理特性和优良的焊接性能，且不具腐蚀性，适用范围广，加入银可提高焊点的机械强度。
　　合金焊料粉的形状：
　　合金焊料粉的形状可分为球形和椭圆形（无定形），它们对焊膏性能的影响见表1.由此可见，球形焊料具有良好的性能。
　　常见合金焊料粉的颗粒度为（200/325）目，对细间距印刷要求更细的金属颗粒度。合金焊料粉的表面氧化度与制造过程和形状、尺寸有关。相对而言，球状合金焊料粉的氧化度较小，通常氧化度应控制在0.5％以内，最好在0.1％—0.4％以下。
一般，由印刷钢板或网版的开口尺寸或注射器的口径来决定选择焊锡粉颗粒的大小和形状。不同的焊盘尺寸和元器件引脚应选用不同颗粒度的焊料粉，不能都选用小颗粒，因为小颗粒有大得多的表面积，使得焊剂在处理表面氧化时负担加重，表二为常用焊膏Sn62Pb36Ag2的物理特性。

表1 合金焊料粉的形状对焊膏性能的影响
       球形       椭圆形
粘度       小    大
塌落度    大    小
印刷性    范围广，尤适合较细间距的丝网       适合漏版及较粗间距的丝网
注射滴涂       适合       不太适合
表面积    小    大
氧化度    低    高
焊点亮度       亮    不够光亮
表2 Sn62Pb36Ag2焊膏的物理特性
合金成分       熔点（℃）    合金粉与焊剂比例（Wt）   合金粉颗粒度       合金粉形状    拉伸强度（Mpa）粘度Pa.s）    焊剂中氯含量（Wt）      延伸率（％）
Sn62
Pb36
Ag2 179—180       85:15      300 球型和椭圆型混合       56.6 300 0     159
　　 2 焊剂
　　在焊膏中，焊剂是合金焊料粉的载体，其主要的作用是清除被焊件以及合金焊料粉的表面氧化物，使焊料迅速扩散并附着在被焊金属表面。
　　对焊剂的要求主要有以下几点：
　　 a 焊剂与合金焊料粉要混合均匀；
　　 b 要采用高沸点溶剂，防止再流焊时产行飞溅；
　　 c 高粘度，使合金焊料粉与溶剂不会分层；
　　 d 低吸湿性，防止因水蒸汽引起飞溅；
　　 e 氯离子含量低。
　　焊剂的组成：通常，焊膏中的焊剂应包括以下几种成分：活性剂、成膜剂和胶粘剂、润湿剂、触变剂、溶剂和增稠剂以及其他各类添加剂。
焊剂的活性：对焊剂的活性必须控制，活性剂量太少可能因活性差而影响焊接效果，但活性剂量太多又会引起残留量的增加，甚至使腐蚀性增强，特别是对焊剂中的卤素含量更需严格控制，表3列出了三种不同的卤素含量对其性能的影响。对免清洗焊膏，焊剂中卤素含量必须小于0.05％，甚至完全不含卤素，其活性主要靠加入有机酸来达到。
表3 不同卤素含量的焊剂
焊剂中卤素含量    特性
<0.05％润湿性不够好，粘度变化小，腐蚀性小
0.2％      通常用于焊接Ag-Sn-Pb镀层的电极或焊盘
>0.4％    用于Ni镀层合金的焊接，触变性差，残留在PCB上使稳定性变差，有强的腐蚀性
三、焊膏的组成及分类
　　焊膏中的合金焊料粉与焊剂的通用配比见表四。
表4 焊膏中焊料粉与焊剂的配比
成分       重量比（％）       体积比（％）
合金焊料粉    85—90    60—50
焊剂       15—10    40—50
　　其实，根据性能要求，焊剂的重量比还可扩大至8％—20％。焊膏中的焊剂的组成及含量对塌落度、粘度和触变性等影响很大。
　　金属含量较高（大于90％）时，可以改善焊膏的塌落度，有利于形成饱满的焊点，并且由于焊剂量相对较少可减少焊剂残留物，有效防止焊球的出现，缺点是对印刷和焊接工艺要求较严格；金属含量较低（小于85%）时，印刷性好，焊膏不易粘刮刀，漏版寿命长，润湿性好，此外加工较易，缺点是易塌落，易出现焊球和桥接等缺陷。对通常的再流焊工艺，金属含量控制在88％—92％范围内，气相再流焊可控制在85％左右。对细间距元器件的再流焊，为避免塌落，金属含量可大于92％，焊膏的分类可以按以下几种方法：
　　按熔点的高低分：一般高温焊膏为熔点大于250℃，低温焊膏熔点小于150℃，常用的焊膏熔点为179℃—183℃，成分为Sn63Pb37和Sn62Pb36Ag2。
　　按焊剂的活性分：一般可分为无活性（R），中等活性（RMA）和活性（RA）焊膏。常用的为中等活性焊膏。
按清洗方式分为有机溶剂清洗型，水清洗型，半水清洗型和免清洗型焊膏。常用的一般为免清洗型焊膏，在要求比较高的产品中可以使用需清洗的的焊膏。
四、锡膏的主要成分：

五、焊膏的应用特性
　　 SMT对焊膏有以下要求：
　　 1应用前具有的特性：
　　 (1)焊膏应用前需具备以下特性：
　　具有较长的贮存寿命，在0—10℃下保存3 — 6个月。贮存时不会发生化学变化，也不会出现焊料粉和焊剂分离的现象，并保持其粘度和粘接性不变。
　　吸湿性小、低毒、无臭、无腐蚀性。
　　 (2)涂布时以及回流焊预热过程中具有的特性：
　　能采用丝网印刷、漏版印刷或注射滴涂等多种方式涂布，要具有良好的印刷性和滴涂性，脱模性良好，能连续顺利进行涂布，不会堵塞丝网或漏版的孔眼以及注射用的管嘴，也不会溢出不必要的焊膏。有较长的工作寿命，在印刷或滴涂后通常要求能在常温下放置12—24小时，其性能保持不变。
　　在印刷或涂布后以及在再流焊预热过程中，焊膏应保持原来的形状和大小，不产生堵塞。
　　 2再流焊加热时具有的特征：
　　良好的润湿性能。要正确选用焊剂中活性剂和润湿剂成分，以便达到润湿性能要求。
　　不发生焊料飞溅。这主要取决于焊膏的吸水性、焊膏中溶剂的类型、沸点和用量以及焊料粉中杂质类型和含量。
形成最少量的焊球。它与诸多因素有关，既取决于焊膏中氧化物含量、合金粉的颗粒形状及分布等因素，同时也与印刷和再流焊条件有关。
3再流焊后具有的特性：
　　具有较好的焊接强度，确保不会因振动等因素出现元器件脱落。
　　焊后残留物稳定性能好，无腐蚀，有较高的绝缘电阻，且清洗性好。
六、目前我们公司使用的焊膏
千住：M705-221BM5-32-11.3K3-----日立C10板用
M705-GRN360-K2---------日立C9、C11板用
乐泰：SN63CR37AGS89.5--------除日立以外都是用这种锡膏
七、焊膏印刷中影响质量的因素
随着表面贴装技术的快速发展，在其生产过程中，焊膏印刷对于整个生产过程的影响和作用越来越受到生产工程师和工艺工程师们的重视。掌握和运用好焊膏印刷技术，分析其中产生问题的原因，并将改进措施应用在生产实践中，不断获得更好的焊膏印刷质量，正是大家梦寐以求的。
1　焊膏的因素
　　焊膏比单纯的锡铅合金复杂得多，主要成分如下：焊料合金颗粒、助焊剂、流变性调节剂／粘度控制剂、溶剂等。不同类型的焊膏，其成分都不尽相同，适用范围也不同，因此在选择焊膏时要格外小心，确实掌握相关因素，以确保良好的品质。通常选择焊膏时要注意以下因素：
1．1　焊膏的黏度（Viscosity）
　　焊膏的黏度是影响印刷性能的重要因素，黏度太大，焊膏不易穿过模板的开孔，印出的线条残缺不全，黏度太低，容易流淌和塌边，影响印刷的分辨力和线条的平整性。
　　焊膏黏度可以用精确黏度仪进行测量，但在实际工作中可采用以下方法：用刮刀搅拌焊膏3～5 min，然后用刮刀挑起少许焊膏，让焊膏自然落下，若焊膏慢慢逐段落下，说明黏度适中；若焊膏根本不滑落，则说明黏度太大；如果焊膏不停地以较快速度滑下，则说明焊膏太稀，黏度太小。
1．2　焊膏的粘性（Tackiness）
　　焊膏的粘性不够，印刷时焊膏在模板上不会滚动，其直接后果是焊膏不能全部填满模板开孔，造成焊膏沉积量不足。焊膏的粘性太大则会使焊膏挂在模板孔壁上而不能全部漏印在焊盘上。
　　焊膏的粘性选择一般要求其自粘能力大于它与模板的粘接能力，而它与模板孔壁的粘接力又小于其与焊盘的粘接力。

1．3　焊膏颗粒的均匀性与大小
　　焊膏焊料的颗粒形状、直径大小及其均匀性也影响其印刷性能，一般焊料颗粒直径约为模板开口尺寸的1／5，对细间距0．5 mm的焊盘来说，其模板开口尺寸在0．25 mm，其焊料粒子的最大直径不超过0．05 mm，否则易造成印刷时的堵塞。具体的引脚间距与焊料颗粒的关系如表1所示。通常细小颗粒的焊膏会有更好的焊膏印条清晰度，但却容易产生塌边，同时被氧化程度和机会也高。一般是以引脚间距作为其中一个重要选择因素，同时兼顾性能和价格。

表1     引脚间距和焊料颗粒的关系
引脚间距mm 0.8以上 0.65 0.5   0.4
颗粒直径um 75以上   60以下   50以下   40以下
1．4　焊膏的金属含量
　　焊膏中金属的含量决定着焊接后焊料的厚度。随着金属所占百分比含量的增加，焊料厚度也增加。但在给定黏度下，随金属含量的增加，焊料的桥连倾向也相应增大。
　　回流焊后要求器件管脚焊接牢固，焊量饱满、光滑并在器件（阻容器件）端头高度方向上有1／3～2／3高度的爬升。为了满足对焊点的焊锡膏量的要求，通常选用85％～92％金属含量的焊膏，焊膏制作厂商一般将金属含量控制在89％或
90％，使用效果越好。
2　模板的因素
2．1　网板的材料及刻制
　　通常用化学腐蚀和激光切割两种方法，对于高精度的网板，应选用激光切割制作方式，因为激光切割的孔壁直，粗糙度小（小于3μm）且有一个锥度。
2．2　网板的各部分与焊膏印刷的关系
    （1）开孔的外形尺寸
　　网板上开孔的形状与印刷板上焊盘的形状几何尺寸对焊膏的精密印刷是非常重要的。网板上的开孔主要由印刷板上相对应的焊盘尺寸决定。一般为网板上开孔的尺寸应比相对应焊盘小10％。
    （2）网板的厚度
　　网板的厚度与开孔的尺寸对焊膏的印刷以及后面的再流焊有着很大的关系，具体为厚度越薄开孔越大，越有利于焊膏释放。经证明，良好的印刷质量必须要求开孔尺寸与网板厚度比值大于1．5。否则焊膏印刷不完全。一般情况下，对0．5 mm的引线间距，用厚度为0．12～0．15 mm网板，0．3～0．4 mm的引线间距，用厚度为0．1 mm网板。
    （3）网板开孔方向与尺寸
　　焊膏在焊盘长度方向上的释放与印刷方向一致时，比两者方向垂直时的印刷效果好。
　　具体的网板设计工艺可依据表2来实施。
3　焊膏印刷过程的工艺控制
　　焊膏印刷是一个工艺性很强的过程，其涉及到的工艺参数非常多，每个参数调整不当都会对贴装产品质量造成非常大的影响。
3．1　丝印机印刷参数的设定调整
    （1）刮刀压力
　　刮刀压力的改变，对印刷来说影响重大。太小的压力，会使焊膏不能有效地到达模板开孔的底部且不能很好地沉积在焊盘上；太大的压力，则导致焊膏印得太薄，甚至会损坏模板。理想状态为正好把焊膏从模板表面刮干净。另外刮刀的硬度也会影响焊膏的厚薄。太软的刮刀会使焊膏凹陷，所以建议采用较硬的刮刀或金属刮刀。
    （2）印刷厚度
　　印刷厚度是由模板的厚度所决定的，当然机器的设定和焊膏的特性也有一定的关系。印刷厚度的微量调整，经常是通过调节刮刀速度及刮刀压力来实现。适当降低刮刀的印刷速度，能够增加印刷至印制板的焊膏量。有一点很明显：降低刮刀的速度等于提高刮刀的压力；相反，提高了刮刀的速度等于降低了刮刀的压力。

（3）印刷速度
　　刮刀速度快有利于模板的回弹，但同时会阻碍焊膏向印制板焊盘上传递，而速度过慢会引起焊盘上所印焊膏的分辨力不良。另一方面刮刀的速度和焊膏的黏稠度有很大的关系，刮刀速度越慢，焊膏的黏稠度越大；同样，刮刀速度越快，焊膏的黏稠度越小。通常对于细间距印刷速度范围为10～15 mm／s。
    （4）印刷方式
　　模板的印刷方式可分为接触式（on－contact）和非接触式（off－contact）。模板与印制板之间存在间隙的印刷称为非接触式印刷。在机器设置时，这个距离是可调整的，一般间隙为0～1．27 mm；而模板印刷没有印刷间隙（即零间隙）的印刷方式称为接触式印刷。接触式印刷的模板垂直抬起可使印刷质量所受影响最小，它尤适用细间距的焊膏印刷。

（5）刮刀的参数
　　刮刀的参数包括刮刀的材料、厚度和宽度、刮刀相对于到刀架的弹力以及刮刀对于模板的角度等，这些参数均不同程度地影响着焊膏的分配。其中刮刀相对于模板的角度θ为60o～65o时，焊膏印刷的品质最佳。
　　在印刷的同时要考虑到开口尺寸和刮刀走向的关系。焊膏的传统印刷方法是刮刀沿着模板的x或y方向以90o角运行，这往往导致了器件在开孔不同走向上焊膏量不同，经实验认证，当开孔长方向与刮刀方向平行时刮出的焊膏厚度比两者垂直时刮出的焊膏厚度多了约60％。刮刀以45o的方向进行印刷，可明显改善焊膏在不同模板开孔走向上的失衡现象，同时还可以减少刮刀对细间距的模板开孔的损坏。
    （6）脱模速度
　　印制板与模板的脱离速度也会对印刷效果产生较大影响。时间过长，易在模板底部残留焊膏，时间过短，不利于焊膏的直立，影响其清晰度。理想的脱模速度如表3所示。

（7）模板清洗
　　在焊膏印刷过程中一般每隔10块板需对模板底部清洗一次，以消除其底部的附着物，通常采用无水酒精作为清洗液。
　　3．2　焊膏使用时的工艺控制
　　（1）严格在有效期内使用焊膏，平日焊膏保存在冰箱中，使用前要求置于室温6 h以上，之后方可开盖使用，用后的焊膏单独存放，再用时要确定品质是否合格；
（2）生产前操作者使用专用不锈钢棒搅拌焊膏使其均匀，并定时用黏度测试仪对焊膏黏度进行抽测；
　（3）当日当班印刷首块印刷板或设备调整后，要利用焊膏厚度测试仪对焊膏印刷厚度进行测定，测试点选在印制板测试面的上下、左右及中间等5点，记录数值，要求焊膏厚度范围在模板厚度的－10％～＋15％；
　（4）生产过程中，对焊膏印刷质量进行100％检验，主要内容为焊膏图形是否完整、厚度是否均匀、是否有焊膏拉尖现象；
      （5）当班工作完成后按工艺要求清洗模板；
　   （6）在印刷实验或印刷失败后，印制板上的焊膏要求用超声波清洗设备进行彻底清洗并晾干，以防止再次使用时由于板上残留焊膏引起的回流焊后出现焊球。
八、焊膏的正确使用
    一瓶焊膏要用较长时间并多次使用。这样焊膏的保存就与那些一次用一瓶、几瓶甚至几拾瓶的大规模生产线有所不同。
一：焊膏使用、保管的基本原则:
     基本原则是尽量与空气少接触，越少越好。
焊膏与空气长时间接触后，会造成焊膏氧化、助焊剂比例成分失调。产生的后果是：焊膏出现硬皮、硬块、难熔并产生大量锡球等。
二：一瓶焊膏多次使用时的注意事项
1：开盖时间要尽量短
开盖时间要尽量短，当班取出够用的焊膏后，应立即将内盖盖好。不要取一点用一点，频繁开盖或始终将盖子敞开着。
2：盖好盖子
取出焊膏后，将内盖立即盖好，用力下压，挤出盖子与焊膏之间的全部空气，使内盖与焊膏紧密接触。确信内盖压紧后，再拧上外面的大盖。
3：取出的焊膏要尽快印刷
取出的焊膏要尽快实施印刷使用。印刷工作要连续不停顿，一口气把当班要加工的PCB板全部印刷完毕，平放在工作台上等待贴放表贴元件。不要印印停停。
4：已取出的多余焊膏的处理
全部印刷完毕后，剩余的焊膏应尽快回收到一个专门的回收瓶内，并如同注意事项2与空气隔绝保存。绝对不要将剩余焊膏放回未使用的焊膏瓶内！因此在取用焊膏时要尽量准确估计当班焊膏的使用量，用多少取多少。
5：出现问题的处理
若已出现焊膏表面结皮、变硬时，千万不要搅拌！务必将硬皮、硬块除掉，剩下的焊膏在正式使用前要作一下试验，看试用效果如何，若不行，就只能报废了。
九、锡膏丝印缺陷分析:
缺陷类型       可能原因       改正行动
锡膏对焊盘位移    丝印模板未对准，模板或电路板不良       调整丝印机，测量模板或电路板
锡膏桥    锡膏过多，丝孔损坏    检查模板
锡膏模糊       模板底面有锡膏、与电路板面间隙太多    清洁模板底面
锡膏面积缩小       丝孔有干锡膏、刮板速度太快    清洗丝孔、调节机器
锡膏面积太大       刮板压力太大、丝孔损坏    调节机器、检查模板
锡膏量多、高度太高    模板变形、与电路板之间污浊    检查模板、清洁模板底面
锡膏下塌       刮板速度太快、锡膏温度太高、吸入潮汽       调节机器、更换锡膏
锡膏高度变化大    模板变形、刮板速度太快、分开控制速度太快       调节机器、检查模板
锡膏量少       刮板速度太快、塑料刮刀扣刮出锡膏       调节机器