SMT用焊錫膏知識介紹及其使用過程中常見問題之原因分析

ＨYPERＬIＮK"http：/／bｌoｇ.smｔｈoｍe.ｎet/aｒticle－ｈtm-tid—873.hｔｍl"SMT用焊錫膏知識介紹及其使用過程中常見問題之緣由分析作者：HＹＰＥRLINK＂htｔp:/／blog.smthomｅ.net/ｂlog-hｔm－uｉｄ—１２8540．ｈｔml”jacｋerxia

發(fā)表日期:2006—06－0715：58

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SＭT用焊錫膏知識介紹?及其使用過程中常見問題之緣由分析

?夏杰??一、焊錫膏的主要成份及特性?

大致講來，焊錫膏的成份可分成兩個大的部分，即助焊劑和焊料粉（ＦLUＸ＆SOLDERPOWDER）。?（一）、助焊劑的主要成份及其作用:?

A、活化劑(ACTIＶAＴIOＮ）:該成份主要起到去除PCB銅膜焊盤表層及零件焊接部位的氧化物質(zhì)的作用，同時具有降低錫、鉛表面張力的功效；?

B、觸變劑(THIＸＯTRＯPＩC):該成份主要是調(diào)節(jié)焊錫膏的粘度以及印刷性能，起到在印刷中防止消滅拖尾、粘連等現(xiàn)象的作用；?

Ｃ、樹脂（ＲESＩＮS）：該成份主要起到加大錫膏粘附性，而且有保護和防止焊后PＣB再度氧化的作用；該項成分對零件固定起到很重要的作用；

Ｄ、溶劑（SOLＶＥNT）：該成份是焊劑組份的溶劑，在錫膏的攪拌過程中起調(diào)節(jié)均勻的作用,對焊錫膏的壽命有肯定的影響；

(二)、焊料粉:?

焊料粉又稱錫粉主要由錫鉛合金組成,一般比例為63/3７；另有特殊要求時，也有在錫鉛合金中添加肯定量的銀、鉍等金屬的錫粉。概括來講錫粉的相關(guān)特性及其品質(zhì)要求有如下幾點：

A、錫粉的顆粒形態(tài)對錫膏的工作性能有很大的影響：?A-1、重要的一點是要求錫粉顆粒大小分布均勻，這里要談到錫粉顆粒度分布比例的問題；在國內(nèi)的焊料粉或焊錫膏生產(chǎn)廠商，大家常常用分布比例來衡量錫粉的均勻度：以２5～45μｍ的錫粉為例，通常要求35μm左右的顆粒分度比例為６0%左右，3５μm以下及以上部份各占20％左右；

Ａ—2、另外也要求錫粉顆粒外形較為規(guī)章；依據(jù)“中華人民共和國電子行業(yè)標準《錫鉛膏狀焊料通用規(guī)范》（ＳJ/T１１１８6-19９8)”中相關(guān)規(guī)定如下:“合金粉末外形應(yīng)是球形的，但允許長軸與短軸的最大比為1。5的近球外形粉末。如用戶與制造廠達成協(xié)議,也可為其他外形的合金粉末?！痹趯嶋H的工作中,通常要求為錫粉顆粒長、短軸的比例一般在1．２以下。?Ａ－３、如果以上A－1及Ａ—２的要求項不能達到上述基本的要求，在焊錫膏的使用過程中，將很有可能會影響錫膏印刷、點注以及焊接的效果。?B、各種錫膏中錫粉與助焊劑的比例也不盡相同,選擇錫膏時，應(yīng)依據(jù)所生產(chǎn)產(chǎn)品、生產(chǎn)工藝、焊接元器件的精密程度以及對焊接效果的要求等方面，去選擇不同的錫膏；

B－1、依據(jù)“中華人民共和國電子行業(yè)標準《錫鉛膏狀焊料通用規(guī)范》（ＳＪ/Ｔ１1186—1９9８）”中相關(guān)規(guī)定,“焊膏中合金粉末百分（質(zhì)量)含量應(yīng)為65%－９6%,合金粉末百分（質(zhì)量)含量的實測值與訂貨單預定值偏差不大于±1%”；通常在實際的使用中,所選用錫膏其錫粉含量大約在９0％左右,即錫粉與助焊劑的比例大致為９0：10；

B－2、一般的印刷制式工藝多選用錫粉含量在８9－9１.５%的錫膏;?B—3、當使用針頭點注式工藝時,多選用錫粉含量在8４—8７%的錫膏；?Ｂ-4、回流焊要求器件管腳焊接堅固、焊點飽滿、光滑并在器件（阻容器件）端頭高度方向上有1/3至2/3高度焊料爬升，而焊錫膏中金屬合金的含量，對回流焊焊后焊料厚度(即焊點的飽滿程度)有肯定的影響；為了證實這種問題的存在,有關(guān)專家曾做過相關(guān)的實驗,現(xiàn)摘抄其最終實驗結(jié)果如下表供參考:?金屬含量(％)

濕焊膏厚度（IN）

回流焊的焊料厚度（IN）?90

０.0０9

０．0０45?８5

0。０09

0．00３5?80

０.009

０．0０２５?7５

0.009

０．０020

從上表看出，隨著金屬含量削減，回流焊后焊料的厚度削減，為了滿意對焊點的焊錫量的要求，通常選用８5％～92%含量的焊膏。?C、錫粉的“低氧化度"也是格外重要的一個品質(zhì)要求，這也是錫粉在生產(chǎn)或保管過程中應(yīng)該注意的一個問題；如果不注意這個問題，用氧化度較高的錫粉做出的焊錫膏,將在焊接過程中嚴重影響焊接的品質(zhì).

二、錫膏的分類方式及選擇標準?一般情況下，首先選擇焊錫膏大類，再依據(jù)合金組成、顆粒度、粘度等指標來選擇。

（一）、分類方式：?A、一般松香清洗型［分RＡ(ROＳINＡＣTIVATED）及ＲＭＡ(ROSINMILDLYACTIVATＥD）]:此種類型錫膏在焊接過程中表現(xiàn)出較好“上錫速度"并能保證良好的“焊接效果”；在焊接工作完成后，ＰCＢ表面松香殘留相對較多，可用適當清洗劑清洗，清洗后板面光滑無殘留，保證了清洗后的板面具有良好的絕緣阻抗,并能通過各種電氣性能的技術(shù)檢測；?B、免清洗型焊錫膏[ＮC（NOCLEAＮ)］:此種錫膏焊接完成后,PCB板面較為光滑、殘留少,可通過各種電氣性能技術(shù)檢測，不需要再次清洗,在保證焊接品質(zhì)的同時縮短了生產(chǎn)流程，加快了生產(chǎn)進度;?C、水溶性錫膏[WＭＡ（WAＴＥRSＯＬUＢＬEPASＴEＳ)]：早期生產(chǎn)的錫膏因技術(shù)上的緣由，PCB板面殘留普遍過多，電氣性能不夠抱負，嚴重影響了產(chǎn)品品質(zhì);當時多用CFC清洗劑來清洗，因ＣFC對環(huán)保不利,很多國家已禁用;為了適應(yīng)市場的需求，應(yīng)運產(chǎn)生了水溶性焊錫膏，此種錫膏焊接工作完成后它的殘留物可用水清洗干凈，既降低了客戶的生產(chǎn)成本，又符合環(huán)保的要求。?(二)、選擇標準:?1、合金組份：一般情況下，選擇Ｓn63/Ｐｂ37焊料合金組份即可滿意焊接要求;對于有銀（Aｇ）或鈀（Pd)鍍層器件的焊接，一般選擇合金組份為Sn６2／Pb36/Ａg2的焊錫膏;對于有不耐熱沖擊器件的ｐｃｂ焊接選擇含Bi的焊粉。

2、錫膏的粘度（VISCOSＩTＹ)：?在SＭT的工作流程中,由于從印刷(或點注）完錫膏并貼上元件，到送入回流焊加熱制程，中間有一個移動、放置或搬運PCB的過程;在這個過程中為了保證已印刷好(或點好）的焊膏不變形、已貼在PＣＢ焊膏上的元件不移位，所以要求錫膏在ＰCB進入回流焊加熱之前,應(yīng)有良好的粘性及保持時間.?Ａ、對于錫膏的粘性程度指標（即粘度）常用“Ｐａ·S”為單位來表示；其中2０0—600Ｐa·S的錫膏比較適合用于針式點注制式或自動化程度較高的生產(chǎn)工藝設(shè)備;印刷工藝要求錫膏的粘度相對較高,所以用于印刷工藝的錫膏其粘度一般在60０—120０Ｐa·S左右，適用于手工或機械印刷;?B、高粘度的錫膏具有焊點成樁型效果好等特點，較適于細間距印刷；而低粘度的錫膏在印刷時具有較快下落、工具免洗刷、省時等特點；

Ｃ、錫膏粘度的另一特點是：其粘度會隨著對錫膏的攪拌而轉(zhuǎn)變，在攪拌時其粘度會有所降低;當停止攪拌時略微靜置后，其粘度會回復原狀；這一點對于如何選擇不同粘度的錫膏有著極為重要的作用。

另外，錫膏的粘度和溫度有很大的關(guān)系,在通常狀況下,其粘度將會隨著溫度的上升而逐漸降低。?3、目數(shù)（MESH)：?在國內(nèi)焊錫膏生產(chǎn)廠商多用錫粉的“顆粒度”來對不同錫膏進行分類,而很多國外廠商或進口焊錫膏多用“目數(shù)（ＭＥＳH）"的概念來進行不同錫膏的分類.目數(shù)（ＭESＨ)基本概念是指篩網(wǎng)每一平方英寸面積上的網(wǎng)孔數(shù);在實際錫粉生產(chǎn)過程中,大多用幾層不同網(wǎng)眼的篩網(wǎng)來收集錫粉，因每層篩網(wǎng)的網(wǎng)眼大小不同,所以透過每層網(wǎng)眼的錫粉其顆粒度也不盡相同，最后收集到的錫粉顆粒,其顆粒度也是一個區(qū)域值；

A、從以上概念來看，錫膏目數(shù)指標越大，該錫膏中錫粉的顆粒直徑就越小；而當目數(shù)越小時，就表示錫膏中錫粉的顆粒越大；參考下表對比:?目數(shù)（MESH)

200

250

３25

５00

６２５?顆粒度（μm）

７５

６3

45

2５

20?B、如果錫膏的使用廠商按錫膏的目數(shù)指標選擇錫膏時,應(yīng)依據(jù)PCB上距離最小的焊點之間的間距來確定:如果有較大間距時,可選擇目數(shù)較小的錫膏,反之即當各焊點間的間距較小時，就應(yīng)當選擇目數(shù)較大的錫膏;一般選擇顆粒度直徑約為模板開口的1/５以內(nèi)。

三，使用錫膏應(yīng)注意的問題?(一)、焊錫膏的保存要求：?焊膏的保存應(yīng)該以密封形態(tài)存放在恒溫、恒濕的冷柜內(nèi)，保存溫度為0℃～10℃,如溫度過高，焊膏中的合金粉未和焊劑起化學反應(yīng)后,使粘度、活性降低影響其性能；如溫度過低，焊劑中的樹脂會產(chǎn)生結(jié)晶現(xiàn)象，使焊膏形態(tài)變壞。在保管過程中，更重要的一點是應(yīng)注意保持“恒溫"這樣一個問題，如果在較短的時間內(nèi)，使錫膏不斷地從各種環(huán)境下反復消滅不同的溫度變化，同樣會使焊錫膏中焊劑性能產(chǎn)生變化,從而影響焊錫膏的焊接品質(zhì)。?(二)、使用前的要求：?焊膏從冷柜（或冰箱）中取出時，應(yīng)在其密封狀態(tài)下，待其回到室溫后再開封，約為2-3小時；如果剛從冷柜中取出就開封，存在的溫差會使焊膏結(jié)露、凝成水份，這樣會導致在回流焊時產(chǎn)生焊錫珠；但也不行用加熱的方法使焊錫膏回到室溫,急速的升溫會使焊膏中焊劑的性能變壞，從而影響焊接效果。這也是錫膏使用廠商在使用過程中應(yīng)該注意的一個問題。?（三）、使用時的注意事項:?1、刮刀壓力:保證印出焊點邊緣清楚、表面平整、厚度適宜;

2、刮刀速度：保證焊膏相對于刮刀子為滾動而非滑動，一般情況下,１0-2０ｍｍ／s為宜；?３、印刷方式：以接觸式印刷為宜；

另外，在使用時要對焊膏充分攪拌，再按印刷設(shè)定量加到印刷網(wǎng)板上，采納點注工藝的，還須調(diào)整好點注量。?在長時間的印刷情況下，因焊膏中溶劑的揮發(fā),會影響到印刷時錫膏的脫模性能,因此對存放焊錫膏的容器不行重復使用(只可一次性使用），印刷后網(wǎng)板上所剩的焊錫膏，應(yīng)用其它清潔容器裝存保管，下次再用時,應(yīng)先檢查所剩錫膏中有無結(jié)塊或凝固狀況，如果過分干燥,應(yīng)添加供應(yīng)商供應(yīng)的錫膏稀釋劑調(diào)稀后再用。?操作人員作業(yè)時,要注意避開焊膏與皮膚直接接觸。另外,印刷完成的基板,應(yīng)當天完成焊接。?（四)、工作環(huán)境要求:

焊錫膏工作場所最佳狀況為：溫度20～25℃,相對濕度50～7０%，干凈、無塵、防靜電。?四、回流曲線的調(diào)節(jié)

抱負狀態(tài)回流焊工藝曲線圖(見圖一）?

回流焊的目的：使表貼電子元器件(ＳMD)與PCＢ正確而牢靠地焊接在一起;

工藝原理:當焊料、元件與PＣB的溫度達到焊料熔點溫度以上時,焊料熔化，填充元件與PＣＢ間的間隙，然后隨著冷卻、焊料凝固,形成焊接接頭；?工藝流程：?１、第一升溫區(qū)(預熱區(qū)）?升溫的目的:是將焊錫膏、PＣB及元器件的溫度從室溫提升到預定的預熱溫度；預熱溫度是一低于焊料熔點的溫度.

升溫段的一個重要參數(shù)是“升溫速率”，一般情況下其值應(yīng)在1—2.0０Ｃ/S；由于PCB及元器件吸熱速率不同，各元器件升溫速率也會有所不同,從而導致PCB板面上的溫度分布消滅梯度。由于此段全部點的溫度均在焊料熔點以下,所以“溫度梯度”的存在并無大礙。第一升溫區(qū)結(jié)束時,溫度約為1０00Ｃ—11０0C;時間約為3０－9０秒，以60秒左右為宜。?2、保溫區(qū)(又稱干燥滲透區(qū))?“保溫”的目的是讓焊錫膏中的助焊劑有充足的時間來清理焊點、去除焊點的氧化膜,同時使PＣB及元器件有充足的時間達到溫度均衡，消除“溫度梯度”；此階段時間應(yīng)設(shè)定在6０－１20秒；保溫段結(jié)束時，溫度為140—15０0C。

3、其次升溫區(qū)?溫度從１500Ｃ左右上升到183０Ｃ,這一溫區(qū)是活化劑的活化期,PＣB板溫度均勻全都的區(qū)域，一般時間接30—45秒，時間不宜長,否則影響焊接效果。

4、焊接區(qū)?

在焊接區(qū)焊料熔化并達到ＰCB與元件腳良好釬合的目的。在焊接區(qū)溫度開頭飛快上升，元器件仍會以不同速率吸熱，再一次產(chǎn)生溫差，所以要掌握好溫度,消除這一溫差。一般來講，此段最高溫度應(yīng)高于焊料熔點（183０Ｃ)30—400Ｃ以上，時間在3０－6０秒左右,但在2２50C以上的時間應(yīng)掌握在10秒以內(nèi),２150Ｃ以上的時間應(yīng)掌握在20秒以內(nèi)；如果此段溫度過高則會損壞元器件,溫度過低則會造成部分焊點潤濕及焊接不良.為避開及克服上述缺陷，目前選用強制熱風回流焊效果較好。?5、冷卻區(qū)?

目的:使焊料凝固，形成焊接接頭,并最大可能地消除焊點的內(nèi)應(yīng)力;降溫速率應(yīng)小于40C/秒，降溫至７5０C時即可。?

總之，回流溫度曲線建立的原則是焊接區(qū)以前溫度上升速率要盡可能地小，進入焊接區(qū)后半段后，升溫速率要飛快提高,焊接區(qū)最高溫度的時間掌握要短，使ＰＣB、ＳMＤ少受熱沖擊，生產(chǎn)前必須花較長的時間調(diào)整好溫度曲線,同時應(yīng)依據(jù)產(chǎn)品特性及批量來選擇用幾個溫區(qū)的回流焊設(shè)備。?五、SMT用焊錫膏在使用過程中的常見問題及其緣由分析

?

在焊錫膏的使用過程中，從錫膏的印刷、SMD的貼裝到回流焊,我們常常會遇到各種各樣的問題,這些問題常常困擾著焊錫膏的使用者，如何去分析并解決這些問題,也成了我們錫膏生產(chǎn)廠商的一個課題；所以錫膏生產(chǎn)廠商不斷地加強行銷人員的專業(yè)素養(yǎng)及業(yè)務(wù)水平是很有必要的，在產(chǎn)品交付用戶后，協(xié)助用戶來妥善地、準時地處理這些問題，也能夠體現(xiàn)出供應(yīng)商的服務(wù)力度。在這里,我僅簡潔地介紹幾種常見的問題及緣由分析,也是以往的工作中在服務(wù)客戶時常常遇到的問題，僅供閱讀者及用戶參考：

（一）、雙面貼片焊接時，元器件的脫落?雙面焊接在SMT表面貼裝工藝中越來越常見，一般情況下，使用者會先對第一面進行印刷、貼裝元件和焊接,然后再對另一面進行加工處理，在這種工藝中，元件脫落的問題，不是很常見；而有些客戶為了節(jié)省工序、節(jié)省成本,省去了對第一面的先焊接，而是同時進行兩面的焊接,結(jié)果在焊接時元件脫落就成為一個新的問題。這種現(xiàn)象是由于錫膏熔化后焊料對元件的垂直固定力不足,主要緣由有:?１、

元件太重；

2、

元件的焊腳可焊性差；

３、

焊錫膏的潤濕性及可焊性差;?其中第一個緣由的解決我們總是放在最后，而是先著手改進其次和第三個緣由，如果改進了其次和第三個緣由，此種現(xiàn)象仍然存在的話，我們會建議客戶在焊接這些脫落的元件時，應(yīng)先采納紅膠固定,然后再進行回流和波峰焊接，問題基本可以解決。?（二）、焊接后PCＢ板面有錫珠產(chǎn)生：?

這是在SMT焊接工藝中比較常見的一個問題，格外是在使用者使用一個新的供應(yīng)商產(chǎn)品初期，或是生產(chǎn)工藝不穩(wěn)定時，更易產(chǎn)生這樣的問題,經(jīng)過使用客戶的協(xié)作,并通我們大量的實驗,最終我們分析產(chǎn)生錫珠的緣由可能有以下幾個方面：

１、PCB板在經(jīng)過回流焊時預熱不充分;?2、回流焊溫度曲線設(shè)定不合理,進入焊接區(qū)前的板面溫度與焊接區(qū)溫度有較大差距；?3、焊錫膏在從冷庫中取出時未能完全回復室溫;

4、錫膏開啟后過長時間暴露在空氣中；?5、在貼片時有錫粉飛濺在PＣB板面上；?6、印刷或搬運過程中,有油漬或水份粘到ＰＣB板上;?7、焊錫膏中助焊劑本身調(diào)配不合理有不易揮發(fā)溶劑或液體添加劑或活化劑；?以上第一及其次項緣由,也能夠說明為什么新更換的錫膏易產(chǎn)生此類的問題,其主要緣由還是目前所定的溫度曲線與所用的焊錫膏不匹配,這就要求客戶在更換供應(yīng)商時,肯定要向錫膏供應(yīng)商索取其錫膏所能夠適應(yīng)的溫度曲線圖；

第三、第四及第六個緣由有可能為使用者操作不當造成；第五個緣由有可能是由于錫膏存放不當或超過保質(zhì)期造成錫膏失效而引起的錫膏無粘性或粘性過低,在貼片時造成了錫粉的飛濺；第七個原由于錫膏供應(yīng)商本身的生產(chǎn)技術(shù)而造成的。?(三)、焊后板面有較多殘留物：?焊后PCB板面有較多的殘留物也是客戶常常反映的一個問題，板面較多殘留物的存在,既影響了板面的光滑程度，對PＣB本身的電氣性也有肯定的影響；造成較多殘留物的主要緣由有以下幾個方面：

1、在推廣焊錫膏時,不了解客戶的板材狀況及客戶的要求，或其它緣由造成的選型錯誤；例如：客戶要求是要用免清洗無殘留焊錫膏，而錫膏生產(chǎn)廠商供應(yīng)了松香樹脂型焊錫膏，以致客戶反映焊后殘留較多。在這方面焊膏生產(chǎn)廠商在推廣產(chǎn)品時應(yīng)該注意到。?2、焊錫膏中松香樹脂含量過多或其品質(zhì)不好；這應(yīng)該是焊錫膏生產(chǎn)廠商的技術(shù)問題.

（四)、印刷時消滅拖尾、粘連、圖象模糊等問題：?這個緣由是印刷過程中常常會遇到的,經(jīng)過總結(jié)，我們發(fā)現(xiàn)其主要緣由有以下幾個方面：?1、焊錫膏本身的粘性偏低，不適合印刷工藝；這個問題有可能是焊錫膏的選型不對，也有可能是焊錫膏已過使用期限等，可以協(xié)調(diào)供應(yīng)商解決。?2、印刷時機器設(shè)定不好或操作工操作方法不當造成的.如刮刀的速度和壓力等設(shè)置不當很有可能會影響印刷效果，另外,操作工人的嫻熟程度（包括印刷時的速度、壓力、反復印刷等）對印刷效果也有很大的影響.?３、網(wǎng)板與基板的間隙太大；?4、錫膏溢流性差;?5、錫膏使用前未充分攪拌，造成錫膏混合不均勻;

6、在用絲網(wǎng)印刷時，絲網(wǎng)上乳膠掩膜涂布不均勻;

７、焊錫膏中的金屬成份偏低，即焊劑成份比例偏高所致；?（五)、焊點上錫不飽滿：?焊點上錫不飽滿的緣由主要有以下幾個方面:?1、焊錫膏中助焊劑的活性不夠,未能完全去除ＰCＢ焊盤或SMD焊接位的氧化物質(zhì)；

2、焊錫膏中助焊劑的潤濕性能不好；

３、ＰCB焊盤或SＭD焊接位有較嚴重氧化現(xiàn)象；?４、在過回流焊時預熱時間過長或預熱溫度過高，造成了焊錫膏中助焊劑活性失效；?5、如果是有部分焊點上錫不飽滿，有可能是焊錫膏在使用前未能充分攪拌助焊劑和錫粉未能充分融合;

6、回流焊焊接區(qū)溫度過低;?7、焊點部位焊膏量不夠;?(六）、焊點不光亮：?在ＳMT焊接工藝中，一般客戶對焊點都有光亮程度的要求，雖然說這也是平常工作中所存在的一個問題，但它很多時候只是客戶主觀上的一種意識，或者說只有通過比較才能得出焊點亮或不亮的結(jié)論,由于焊點的光亮程度是沒有標準可依的;大致來講,造成焊點不光亮的緣由有以下幾個:?1、如果把不含銀的焊錫膏焊后的產(chǎn)品和含銀焊錫膏焊后的產(chǎn)品相比較肯定會有些差距,這就要求客戶在選擇焊錫膏時應(yīng)向供應(yīng)商說明其焊點的要求；?2、焊錫膏中錫粉有氧化現(xiàn)象；

3、焊錫膏中助焊劑本身有造成消光效果的添加劑；?4、焊后有松香或樹脂的殘留存在焊點的表面，這是我們在實際工作中常常會見到的現(xiàn)象,格外是選用松香型焊錫膏時，雖然說松香型焊劑和免清洗焊劑相比會使焊點略微光亮，但其殘留物的存在往往會影響這種效果，格外是在較大焊點或IC