焊膏選擇和評估方法

焊膏選擇與評定辦法焊膏是SMT生產(chǎn)中十分重要的一種材料，它普通采用印刷工藝或者滴涂工藝沉積在焊盤上，元器件經(jīng)貼片后靠焊膏的粘著力定位，經(jīng)再流焊爐焊接在所需要的焊盤上，完畢所需的電與機(jī)械連接。焊膏印刷作為SMT的第一道工序，對于后續(xù)的工藝：貼片、再流焊、清洗、測試等有著直接影響，對產(chǎn)品的可靠性也有非常重要的關(guān)系。據(jù)統(tǒng)計，電子產(chǎn)品72%的缺點和失效與焊膏有關(guān)，因而焊膏的性能對于SMT來說是至關(guān)重要的。而現(xiàn)在上面上多個檔次多個品牌的焊膏有諸多，這樣，如何選擇適宜的焊膏，也就是如何對焊膏各方面的性能進(jìn)行評定就成為SMT生產(chǎn)中不得不考慮的問題。正文

焊膏評定，能夠分為材料特性評定和工藝特性評定兩個部分。焊膏材料特性評定普通涉及焊膏黏度、焊膏顆粒尺寸、絕緣電阻等焊膏材料本身全部的物理化學(xué)指標(biāo)；工藝特性則是指焊膏在SMT實際生產(chǎn)中的應(yīng)用特性，涉及：可印刷性、塌陷、潤濕性、焊球等同SMT工藝有關(guān)的性能。

對于多個焊膏，其基本成分構(gòu)成都涉及合金粉末、助焊劑、其它添加劑，即使成分都大致相似，但是由于設(shè)計焊膏時有著不同的使用目的，造成了多個焊膏使用范疇的不同。這一點就規(guī)定SMT工程師在選擇焊膏時，首先需要明確焊膏所用于的產(chǎn)品，是用于精密高可靠性產(chǎn)品還是民品，是規(guī)定清洗的產(chǎn)品還是免清洗的產(chǎn)品。在明確了這些之后，就能夠從眾多的焊膏產(chǎn)品中選擇出適宜的幾個，然后再做進(jìn)一步的焊膏評定以選擇出最適宜的。

在整個評定實驗進(jìn)行之前，先將選用的多個焊膏進(jìn)行編號解決，方便后來實驗中進(jìn)行多個性能數(shù)據(jù)的比較。

一、焊膏合金顆粒實驗

合金顆粒是焊膏中的重要構(gòu)成部分，也是起到焊接作用的部分，普通占焊膏總重量的88％～91％。顆粒粉末的大小和形狀對于焊膏的粘性和印刷性能有著直接的影響。

實驗需要使用一臺顯微鏡，規(guī)定附帶的分析設(shè)備能夠?qū)z像范疇內(nèi)顆粒的直徑進(jìn)行測量。實驗過程重要是使用膏狀助焊劑將焊膏稀釋，并置于載物玻片上，如圖1所示。需要注意的是，在顯微鏡觀察時候，必須要選擇界面內(nèi)顆粒清晰的部分，有些相連的顆粒需要排除，以免對實驗成果產(chǎn)生影響。圖1

使用膏狀助焊劑稀釋焊膏以觀察

在選擇測量了足夠多的樣本后，就能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行分析。對于焊膏中的合金粉末，規(guī)定以下（J-STD-006）：二、焊膏黏度實驗

焊膏是一種假塑性流體，有觸變性。其黏度隨時間、溫度、剪切強(qiáng)度等因素而發(fā)生變化。焊膏的黏度重要與焊膏合金粉末含量、粉末尺寸、焊劑黏度有關(guān)，對黏度的規(guī)定隨應(yīng)用辦法的不同而異。黏度太高，會粘連網(wǎng)孔；太低無法保形且無法粘固元器件。黏度實驗重要測試多個焊膏的黏度，觸變系數(shù)以及模擬在印刷過程中的黏度變化，從而能夠比較多個焊膏黏度和印刷中的黏度變化狀況。

實驗中使用了黏度計PCU－205，對粘度進(jìn)行測試，通過變化轉(zhuǎn)速，模擬實際的印刷效果，以得到剪切力恢復(fù)狀況。轉(zhuǎn)速變化狀況以下表：按照上表設(shè)立好黏度計的轉(zhuǎn)速后，就能夠?qū)⒑父喾湃腽ざ扔嬛校凑赵O(shè)立完畢一種周期的循環(huán)后，就能夠得到焊膏在不同周期時的黏度。按照下面的計算公式，就能夠得到焊膏的觸變系數(shù)Ti和計算剪切力恢復(fù)狀況R％。觸變系數(shù)Ti值計算公式：Ti＝log（3rpm時粘度/30rpm時的粘度）；計算剪切力恢復(fù)狀況使用公式：

普通來說觸變系數(shù)Ti在0.5～0.6之間，系數(shù)高闡明觸變性好有助于印刷，而剪切力恢復(fù)系數(shù)R％則小的較好。

另外，黏度測試也能夠按照IPC-6502.4.44[1]進(jìn)行。三、焊膏可印刷性測試

焊膏的工藝特性中，可印刷性考察焊膏在印刷到印制電路板時的沉積、成型方面的狀況，重要通過兩個實驗來觀察焊膏的可印刷性。實驗時，能夠使用實際生產(chǎn)所用的設(shè)備，這樣能夠得到焊膏在實際生產(chǎn)時所產(chǎn)生的效果，更有比較價值。1、焊膏沉積高度測量

印刷采用厚度0.1mm（4mil）的模板，開孔由16個16mil的圓形焊盤構(gòu)成，如圖2所示。印刷后使用高度測量裝置測量4處位置的焊膏高度，共印刷5塊樣板，這樣能夠得到20組測量數(shù)據(jù)。原則偏差作為評判原則，測量數(shù)據(jù)之間的變化越小，原則偏差越小，印刷一致性更加好。2、焊膏漏印狀況測量

印刷采用厚度0.1mm（4mil）的模板，開孔涉及圓形焊盤和矩形焊盤，如圖3所示。使用實際設(shè)備將焊膏印刷到表面平整的覆銅板上。每種焊膏作5塊樣板，然后對印刷狀況在顯微鏡下進(jìn)行觀察，抱負(fù)印刷圖形應(yīng)邊沿平整、無拉尖、缺損、橋連現(xiàn)象。如果圖形有橋連、缺點損、拉尖，就統(tǒng)計為故障，并統(tǒng)計。四、塌陷測試

焊膏印刷后，在一定溫度和濕度條件下，由于重力和表面張力的作用，造成圖形塌落并從最初邊界向外界擴(kuò)展。這種塌落會引發(fā)焊膏的流溢，造成焊接過程中的引腳間橋接缺點。

根據(jù)IPC-TM-6502.4.35原則，根據(jù)原則圖設(shè)計焊盤，制作模板以及PCB，如圖5所示：模板厚度0.2mm，將焊膏印刷到光滑的覆銅板上，在以下兩種狀況下放置：

室溫（25℃和50％RH）放置10－20分鐘

爐中（150℃±10℃）放置10－15分鐘

然后使用顯微鏡觀察塌陷狀況，并拍照，統(tǒng)計塌陷狀況并列表比較，以下表所示。五、潤濕性測試

潤濕性測試重要考察焊膏在焊盤表面的潤濕能力和對焊盤表面氧化的解決能力。這兒使用了兩種測試辦法。在回流時，采用每種焊膏推薦的溫度曲線，同時多個焊膏的回流時間控制在基本相似的范疇內(nèi)。1、潤濕性測試1

本測試PCB使用高Tg的FR-4層壓板，采用兩種表面解決：OSP和化學(xué)浸Ni/Au。潤濕性測試實驗根據(jù)IPC-TM-6502.4.45原則進(jìn)行，采用厚0.2mm，開口直徑6.5mm的模板。進(jìn)行兩組潤濕性實驗，每種焊膏印刷6次。在回流時，采用每種焊膏推薦的溫度曲線，同時多個焊膏的回流時間控制在基本相似的范疇內(nèi)。

將焊膏印刷到PCB上，每種焊膏印刷2塊，一塊Ni/Au板，一塊OSP板，分別將編號不同的板在不同時間內(nèi)放置于PCB中，0號板在印刷后就放置于回流爐中，5號板在間隔5小時后放于回流路中?；亓骱笤陲@微鏡下測量焊料直徑，并與回流之前的直徑進(jìn)行比較。焊膏潤濕典型圖以下所示：

2、潤濕性測試2

此測試采用焊膏覆蓋面積遞減的形式印刷到焊盤上，最大印刷量為焊盤的100%，相鄰焊盤焊膏印量按照5%依次遞減，最小印量為25%?；亓骱蟮玫胶噶显贜i/Au以及OSP兩種表面的覆蓋狀況，將每個焊盤的覆蓋狀況分別測量并與兩種表面解決的全潤濕的焊盤進(jìn)行比較。測試使用Fr-4印制板，表面解決OSP和化學(xué)浸Ni/Au，模板厚度0.15mm，PCB尺寸100×100mm，圖形設(shè)計以下：回流后，在顯微鏡下觀察多個焊膏在兩種表面解決狀況下的潤濕狀況，測量在印刷量到多少時能夠完全潤濕焊盤，得到成果做成直方圖以方便比較，以下圖8所示：

根據(jù)比較成果，能夠得到在不同表面解決狀況下焊膏的潤濕性比較數(shù)據(jù)，綜合兩種表面解決狀況下多個焊膏的潤濕性能，能夠評定出不同焊膏潤濕性的好壞。

六、焊球測試

本實驗從質(zhì)量上檢查在回流焊接過程中焊膏的濺落狀況，目的測定焊膏中焊粉的氧化程度和加雜的水汽，焊膏回流的性能。

焊球測試根據(jù)IPC-TM-6502.4.43原則進(jìn)行，使用帶阻焊油墨的PCB表面替代鋁基板，焊膏通過厚度0.2mm，開口直徑6.5mm的模板印刷到阻焊油墨上，每種焊膏印刷4次?；亓骱髾z查焊球。按照IPC的原則，對焊球狀況進(jìn)行統(tǒng)計，最后得到成果，以下表所示?？偨Y(jié)

以上介紹了對焊膏評定的某些辦法，在實際使用時，應(yīng)當(dāng)盡量使評定時的環(huán)境和參數(shù)靠近生產(chǎn)的狀況。另外，尚有某些測試辦法，如表面絕緣阻抗，如果產(chǎn)品需要也要對焊膏這方面的性能進(jìn)行測評，