焊膏

焊膏的應用(2張)

焊膏是表面安裝再流焊工藝必須的材料，是由合金焊料粉末、糊狀助焊劑(載體)和一些添加劑混合而成的，具有一定粘性和良好觸變特性的膏狀體。焊膏在表面安裝組件的製作中具有多種重要用途，由於它含有有效焊接所需的焊劑，故無須像插裝元器件那樣單獨加入焊劑和控制焊劑的活性及密度。在進行再流焊接之前，焊膏在表面安裝元器件的貼放和傳送期間還起着臨時的固定作用。焊膏由專業廠家生產，使用者應掌握選用方法。

隨着迴流焊技術的應用，焊膏已成為表面組裝技術中最重要的工藝材料，近年來獲得飛速發展。在表面安裝的再流焊接過程中，錫膏用於實現表面安裝元件的引腳或端子與焊盤之間的連接。焊膏塗覆是表面安裝技術的一道關鍵工序，它將直接影響到表面安裝元器件的焊接質量和可靠性。

焊膏主要由合金焊料粉末和助焊劑組成、混合攪拌均勻而形成的一種膏狀混合物。其中合金焊料粉佔總重量的85%～90%，助焊劑佔10%～15%。

合金焊料粉末是在惰性氣體中噴霧法制作，經分級確定粉末的粒度。錫粉的形狀分為球形和不定形，球形適於印製。

常用的合金焊料粉末有鉛和無鉛兩大類。有鉛的焊料粉末有錫-鉛(Sn-Pb)、錫-鉛-銀(Sn-Pb-Ag)、錫-鉛-鉍(Sn-Pb-Bi)等，其中最常用的合金成分為63%Sn/37%Pb以及62%Sn/36%Pb/2%Ag；無鉛的焊料粉末有錫一銀(Sn-Ag)、錫-銀-銅(Sn-Ag-cu)等，其中最常用的合金成分為96.5%Sn/3.5%Ag以及93.6%Sn/4.7%Ag/1.7%Cu；隨着環保要求的提高，無鉛焊料粉末越來越被廣泛使用。

在焊膏中，糊狀助焊劑是合金粉末的載體。其組成與通用助焊劑基本相同。為了改善印製效果和觸變性，有時還需加入觸變劑和溶劑。通過助焊劑中活性劑的作用，能清除被焊材料表面以及合金粉末本身的氧化膜，使焊料迅速擴散並附着在被焊金屬表面。助焊劑的組成對焊膏的擴展性、潤濕性、塌陷、粘度變化、清洗性質、焊珠飛濺及儲存壽命均有較大影響。 ^[1] 

焊錫通常定義為液化温度在400℃(750℉)以下的可熔合金：裸片級的(特別是倒裝芯片)錫球的基本合金耐高温、鉛含量高，比如Sn5/Pb95或Sn10/Pb90。共晶或臨共晶合金，如Sn60/Pb40、Sn62/Pb36/Ag2和Sn63/Pb37也已成功使用。 ^[2] 

(1)按焊料中是否含鉛分類

可分為有鉛焊料和無鉛焊料，隨着各國對環境保護的日益重視，各國正在推廣無鉛焊料。

(2)按合金焊料粉的熔點分類

最常用的焊膏熔點為178～221℃，隨着所用金屬種類和組成的不同，焊膏的熔點可提高至250℃以上，也可降為150℃以下，可根據焊接所需温度的不同，選擇不同熔點的焊膏。

(3)按焊劑的活性分類

參照通用液體焊劑活性的分類原則，可分為無活性(R)，中等活性(RMA)和活性(RA)三個等級，根據PCB和元器件的情況及清洗工藝要求進行選擇。

(4)按焊膏的粘度分類

粘度的變化範圍很大，通常為100～600Pa·s，並可達1000Pa·s以上。依據施膏工藝手段的不同進行選擇。

(5)按清洗方式分類

按清洗方式分為有機溶劑清洗、水清洗、半水清洗和免清洗等方式。從保護環境的角度考慮，水清洗、半水清洗和免清洗是發展方向。 ^[1] 

焊劑是焊膏載體的主要成分之一。焊膏可以利用3種不同類型的焊劑，即R焊劑(樹脂焊劑)，RMA焊劑(適度活化的樹脂焊劑)和RA焊劑(完全活化的樹脂焊劑)。適度活化的樹脂焊劑和完全活化的樹脂焊劑中的活化劑可去除金屬表面的氧化物和其他表面的污物，促使熔化焊料浸潤到表面貼裝的焊盤和元器件端接頭或引腳上。根據表面安裝印製電路板的表面清潔度及元器件的保新度選擇，一般可選中等活性，必要時可選高活性或無活性級，超活性級。

焊膏粘度根據塗敷法來選擇，且焊膏的粘度依賴於應用工藝的特性(如絲網孔徑、刮板速度等)。對於絲網印刷，通常選擇的粘度是100～300Pa；對於漏板印刷，應該選擇有高的粘度，其範圍為200～600Pa；對使用注射式進行分配的，其粘度應為100～200Pa。

焊膏中金屬的含量決定焊縫的大小。焊縫隨着金屬百分比的增加而增大，但是隨着給定粘度的金屬含量的增加，焊料的金屬含量稍加改變，就會對焊點質量產生很大影響。例如，對於相同的焊膏厚度，金屬含量改變10%就會使焊點由過量變得不足。一般地，用於表面安裝組件的焊膏應選88%～90%的金屬含量。

焊料顆粒的形狀決定了粉末的含氧量及焊膏的可印製性。球狀粉末優於橢圓狀粉末，球面越小，氧化能力越低。 ^[3] 

（1）儲存

①焊膏購買到貨後，應登記到達時間、保質期、型號等，並進行驗收，必要時根據供應商提供的檢測報告按照規範進行測試驗證。

②每批焊膏應分開存放，領用時採用先進先出原則。

③焊膏應密封保存在5～10℃的環境中。温度過高，焊劑與合金焊料粉起化學反應，使黏度上升影響其印刷性；温度過低(低於0℃)，焊劑中的松香會產生結晶現象，使焊膏性狀惡化。

（2）取用

①一般應陔在使用的前一天從冰箱中取出焊膏，至少要提前2小時取出，待焊膏達到室温後，才能打開焊膏容器的蓋子。如果在低温下打開，容易吸收水汽，再流焊時容易產生錫珠。注意不能使用熱風器、空調等加速焊膏升温。

②焊膏開封后，觀察錫膏，如果表面變硬或有助焊劑析出，必須進行特殊處理，否則不能使用；如果焊錫膏的表面完好，則要用攪拌機或手工緩慢攪拌均勻以後再使用。如果焊錫膏的黏度大而不能順利通過印刷模板的網孔或定量滴塗分配器，應該適當加入稀釋劑，充分攪拌稀釋以後再用。

③取出焊膏後，應該蓋好容器蓋，避免助焊劑揮發。

(3)焊膏的塗布

塗布焊膏的方法主要有三種：注射滴塗、絲網印刷和漏版印刷。注射滴塗是採用專門的分配器或手工來進行的，採用桶狀焊膏，一般適合小批量生產。絲網印刷採用尼龍或不鏽鋼絲狀材料編成絲網，並在上面刻出圖形，把焊膏漏印到PCB板上，一般適用於組裝密度不高的中小批量生產。最常用的是漏版印刷，採用黃銅或不鏽鋼鋼片，在上面刻出圖形，把焊膏印刷到PCB板上。這裏介紹採用漏版印刷時焊膏的使用方法。

①根據印製板的幅面及焊點的多少，決定第一次加到漏版上的焊膏量，一般第一次加200～300g的錫膏條(保證錫膏條的滾動性)，印刷一段時問後再適當加入一點。

②焊膏印刷時間的温度為25±3℃，相對濕度60%為宜。温度過高，焊膏容易吸收水汽，在再流焊時產生錫珠。

③焊膏置於漏版上超過30min未使用時，應先用絲印機的攪拌功能攪拌後再使用。

④把焊膏塗敷到印製板上的關鍵是要保證焊膏能準確地塗敷到元器件的焊盤上。如塗敷不準確，必須擦洗掉焊膏再重新塗敷(擦洗免清洗焊膏不得使用酒精)。

（4）回收

若中間間隔時間較長，應將焊膏重新放回罐中並蓋緊瓶蓋，直到被再次使用。焊膏開封后，原則上應在當天內用完。從漏版上刮回的焊膏也應密封冷藏。

（5）其他

印好焊膏的電路板要及時貼裝元器件，超過時間應把焊膏清洗後重新印刷。完成貼裝的電路板儘量在4 h內完成再流焊。再流焊的電路板，需要清洗的應該在當天完成清洗，防止焊錫膏的殘留物對電路產生腐蝕。 ^[4] 

由於Sn-Pb焊料使用方便，可靠性高，已被廣泛應用。但是隨着電子產品向輕、薄、小的方向發展，焊接技術也將更加複雜化和精密化。新品種的焊膏也不斷被開發。國外有關焊膏的發展動向：

1.焊料粉的微細化早期焊膏的焊粒不定型，隨着QFP器件的出現，焊粉形狀為球形，後來又從球形向粉末的微粒子進化，人們正設法開發粒度在20μm以下的焊膏。

2.抗疲勞性焊膏

傳統增加抗疲勞的方法是加厚焊錫量來吸收導線的疲勞應力，延長焊接的壽命。但是隨着產品的高密度化和高性能化，用過去的方法己難於達到目的，因此焊膏本身也要求耐疲勞性。國外在普通的63Sn一37Pb中增加稀有元素來達到此目的，它可以和以往的焊錫一樣使用，而耐疲勞陛卻成倍增加。

3.無鉛焊膏

隨着物質生活水平的提高，人們的環保意識日益增強。在焊料中鉛的毒性最突出，有人提出加以限制。儘管焊錫中的鉛使用量與其他場合的鉛使用量比較，毒性較小，但也是限制使用的對象。國外正加緊開發無鉛焊膏，例如日本KOKI公司開發的Sn-Ag-Su焊膏的性能接近於63Sn-Pb37的焊膏。其中，Sn-Ag-Cu無鉛焊膏的熔化温度為217℃，再流焊温度為240℃，其特點為無毒和耐熱疲勞性好；Sn-Ag-Bi-Cu無鉛焊膏的熔化温度為189～214℃，再流焊温度為230℃，其性能與63Sn-Pb37類似。 ^[5]