焊錫膏的選型評估

焊錫膏是sMT工藝中一項非常重要的焊接材料，基本上所有的sMT工藝要求都是圍繞焊錫膏的性能特性而制定的，如車間溫濕度控制、錫膏印刷、回流焊接溫度設(shè)定參數(shù)等。焊錫膏自身的性能優(yōu)劣決定了SMT生產(chǎn)的順暢性及制造出的電器產(chǎn)品的長期可靠性，如絕緣電阻大小，銅板腐蝕是否合格等，決定了我們的產(chǎn)品在賣到客戶手上后多長時間會出故障，是否能夠給客戶提供高可靠性的電器產(chǎn)品。因此，焊錫膏的選型是sMT工藝準(zhǔn)備中一項重要的工作，要很好地完成這項工作，我們必須清楚地了解焊錫膏的各項特性及性能評估方法，從而才能準(zhǔn)確地從市場上眾多的品牌中挑選出適合我們自身產(chǎn)品特點(diǎn)的焊錫膏。

焊錫膏是由金屬合金粉末、助焊劑及部分添加劑混合而成的具有一定粘性和觸變特性的膏狀體，這兩種材料的特性決定了焊錫膏的最終性能，下面我們從合金粉末和助焊劑特性兩大塊分別介紹焊錫膏的選用方法。

一、金屬合金粉末特性

1、金屬合金含量

合金含量指的是焊錫膏中的金屬合金占整個焊錫膏重量的百y分比，而非體積百分比。焊料太少，在同樣的印刷體積下，焊接后形成的焊點(diǎn)上錫高度不足，焊接強(qiáng)度可能下降，焊點(diǎn)內(nèi)針孔的幾率會增加。但是焊料含量過多，橋連的幾率也會增加，因此，必須選擇合適的百分比。一般情況下，對于模板印刷，焊錫膏的合金含量在85%-90%，對于采用注射式的方法的，合金含量可以降低到80%-85%。

2、合金粉末形狀及大小分布

合金粉末形狀一般分為球形和不定形兩種，因球形在一定體積下總表面積最小，最小的表面積可以減少金屬表面氧化的程度，而且球形的粉末形狀一致性較好，可以保證焊錫膏良好的印刷性能，不易堵塞模板的開孔。一般要求金屬合金粉末中90%以上的顆粒必須呈球形，球形的定義采用以下方法:用光學(xué)測量顯微鏡測試，放大倍數(shù)足以測定各合金粒度的長、寬，長寬的比小于1.5的顆粒定義為球形。

根據(jù)合金粉末大小分布范圍的不同，可以將悍錫膏分為6類，表1主要列出了我們比較常用的第3-6類合金粉末。

表1:焊錫膏合金規(guī)格分類表(顆粒單位;μm)

如何從以上6種類型中選出適合我們使用的焊錫膏種類?一般我們采用三球定律來判定。

三球定律的判定方法如下:

至少有三個最大直徑的合金顆粒能夠垂直地排列在印刷模板的厚度方向上，

至少有三個最大直徑的合金顆粒能夠水平的排列在印刷模板上最小網(wǎng)孔的寬度方向上。

以Type3焊錫膏為例，其最大合金顆粒的直徑為50μm，則按照三球定律，其最合理的印刷模板厚度應(yīng)在50μm×3=150μm以上。因此，我們的模板設(shè)計決定了我們最終應(yīng)該采用何種類型合金的焊錫膏。

3、粘度

焊錫膏是一種觸變性流體，在刮刀壓力作用下開始流動，此時其粘度降低，通過模板開孔流到PCB上，當(dāng)刮刀壓力消失時，又恢復(fù)到高粘度狀態(tài)。粘度是影響焊錫膏印刷性能的一項重要的參數(shù)，粘度太大，焊錫膏不容易穿過印刷模板的開孔，容易堵塞網(wǎng)孔，從而導(dǎo)致印刷出來的圖形不全。粘度過低，則容易坍塌及無法有效粘固元器件。

環(huán)境溫度也會影響到焊錫膏的粘度。通常情況下，焊錫膏的粘度隨著溫度的上升而降低，反之，隨著溫度的降低而增大。因此，在使用過程中，我們必須對環(huán)境溫度進(jìn)行監(jiān)控，在焊錫膏廠家的產(chǎn)品技術(shù)要求內(nèi)，都會推薦一個最佳的使用環(huán)境溫度，一般環(huán)境溫度控制在25±3℃。

焊錫膏的粘度通常采用粘度計進(jìn)行測量，可以參照IPC-TM-650進(jìn)行試驗。

4、坍塌度

焊錫膏印刷到PCB上以后，在重力和表面張力的作用下，焊錫膏的圖形出現(xiàn)移動，并從最初邊界向外擴(kuò)張塌落，超出原來的圖形邊界，這種現(xiàn)象稱為坍塌。坍塌會引起焊錫膏向外流動，與相近圖形發(fā)生橋連。一個好的焊錫膏，必須具有良好的抗坍塌性能，不僅常溫下有這種良好性能，而且在150℃高溫時也必須保持這種性能，否則，在再流焊時會出現(xiàn)坍塌而造成橋連。

坍塌度的檢測一般采用0.1mm和0.2mm兩種厚度的模板進(jìn)行，模板和刮刀均采用鋼材料，網(wǎng)孔尺寸可以采用0.63×2.03mm、0.33×2.03mm、0.20×2.03mm三種尺寸，如圖2畫出了其中一種模板。我們可以參照IPC-TM-650標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)的試驗方法，將準(zhǔn)備選用的幾種焊錫膏印刷到PcB上，在室溫25±5℃，50±10%的相對濕度下保持10-20分鐘，150±10℃下保持10-15分鐘后冷卻至室溫，檢驗錫膏坍塌情況，確定出現(xiàn)橋連的間隙位置，橋連間隙越小，表示焊錫膏的抗坍塌性能越好。我們可以根據(jù)我們的PCB產(chǎn)品的焊盤間隙情況選擇最適合的焊錫膏進(jìn)行使用。

5、錫珠測試

在回流焊過程中，焊錫膏會因為各種原因造成焊錫球殘留在PCB板上，如果不清除干凈，有可能會造成相連導(dǎo)線或者焊盤之間短路，從而造成產(chǎn)品故障。其中可能導(dǎo)致錫珠的原因是焊錫膏中合金粉末的氧化程度和水汽含量。按照IPC-TM-650試驗標(biāo)準(zhǔn)，將焊錫膏印刷到試驗板上，經(jīng)過熔融后，檢查錫珠的數(shù)量及尺寸，通過數(shù)據(jù)判定各個焊錫膏的優(yōu)劣，從中選出最優(yōu)的產(chǎn)品。

二、助焊劑特性

焊錫膏內(nèi)助焊劑的性能優(yōu)劣決定了所生產(chǎn)出來電器產(chǎn)品的長期使用可靠性，在很多時候，我們往往只關(guān)注了焊錫膏在SMT車間的使用性能及外觀上可以檢驗出來的性能，但是忽略了焊錫膏使用在我們的產(chǎn)品上，可能影響我們產(chǎn)品長期可靠性的這一部分性能，下面我們對這些性能做一下描述。

1、鹵素含量

將鹵素(F、Cl、Br、I)作為活性劑添加到焊錫膏的助焊劑中，可以顯著提高其可焊性，改善焊接效果，但是如果含量過高，則可能會帶來腐蝕作用，如有鉛焊錫膏內(nèi)含有Cl元素，其會不斷地與焊點(diǎn)中的鉛及空氣中的水汽和二氧化碳發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不斷消耗焊料中的鉛，降低焊點(diǎn)強(qiáng)度，最終導(dǎo)致脫焊等現(xiàn)象出現(xiàn)。因此必須嚴(yán)格控制焊錫膏中的鹵素含量。

IPCJ-STD-004中根據(jù)助焊劑鹵素含量不同將助焊劑進(jìn)行了分類，具體如表2。

具體檢測方法參照IPC-TM-650。在焊錫膏的選用過程中，在滿足我們印刷、焊接要求的情況下。盡量選擇低鹵，甚至是無鹵的焊錫膏。

2、表面絕緣電阻

表面絕緣電阻是焊錫膏可靠性最重要的一項指標(biāo)，絕緣電阻過低，則產(chǎn)品在潮濕環(huán)境使用時，可能出現(xiàn)吸潮造成絕緣電阻下降，從而導(dǎo)致產(chǎn)品短路，甚至出現(xiàn)安全隱患。絕緣電阻測試有國標(biāo)和IPC兩種判定標(biāo)準(zhǔn)，我們可以選用IPC標(biāo)準(zhǔn)來判定表面絕緣電阻的符合性。

采用圖3所示的電路板，按照IPC-TM-650的方法準(zhǔn)備試驗樣品，在濕熱條件下加50VDC電壓，進(jìn)行168小時試驗，采用高阻儀測試最終各電極之間的絕緣電阻。通過試驗數(shù)據(jù)對比，絕緣電阻最大的樣品就是我們需要選用的焊錫膏產(chǎn)品。

3、銅板腐蝕

助焊劑具有去除PCB焊盤表面氧化物的作用，因此必然會給我們的PCB和焊點(diǎn)帶來一定的腐蝕性，為了衡量這個腐蝕性的大小，可以采用銅板腐蝕試驗來確定焊錫膏腐蝕性的大小。

根據(jù)IPC-TM-650進(jìn)行試驗，試驗完后與標(biāo)準(zhǔn)板進(jìn)行對比，從眾多樣品中，選出腐蝕性最小的焊錫膏作為我們的選擇，對于高端產(chǎn)品，一般選用與標(biāo)準(zhǔn)板比較無明顯差異或腐蝕跡象的焊錫膏。

總 結(jié)

焊錫膏是SMT生產(chǎn)工藝中一項重要的焊接材料，選用不當(dāng)很容易影響到我們的SMT生產(chǎn)加工工藝及質(zhì)量，甚至?xí)绊懙轿覀儺a(chǎn)品的長期可靠性，因此，我們不僅要評估其使用性能，還要評估其長期可靠性，通過各種試驗對比，選擇出最適合我們產(chǎn)品的焊錫膏品牌。