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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原因分析 作者: jackerxia 發(fā)表日期: 2006-06-07 15:58 復制鏈接 描述： 圖一圖片： 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 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 &SOLDER POWDER）。（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，起到在印刷中防止出現(xiàn)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，對焊錫膏的壽命有一定的影響；（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一定量的銀、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，大家經(jīng)常用分布比例來衡量錫粉的均勻度：以2545m的錫粉為例，通常要求35m左右的顆粒分度比例為60%左右，35m 以下及以上部份各占20%左右； A-2、另外也要求錫粉顆粒形狀較為規(guī)則；根據(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/T 11186-1998）”中相關(guān)規(guī)定如下：“合金粉末形狀應(yīng)是球形的,但允許長軸與短軸的最大比為1.5的近球形狀粉末。如用戶與制造廠達成協(xié)議，也可為其他形狀的合金粉末?！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)根據(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、根據(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/T 11186-1998）”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(yù)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、普通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牢固、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）有一定的影響；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 0.004585 0.009 0.003580 0.009 0.002575 0.009 0.0020 從上表看出，隨著金屬含量減少，回流焊后焊料的厚度減少，為了滿足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”也是非常重要的一個品質(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，再根據(jù)合金組成、顆粒度、粘度等指標來選擇。（一）、分類方式：A、普通松香清洗型分RA（ROSIN ACTIVATED ）及RMA（ROSIN MILDLY ACTIVATED）：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，清洗后板面光潔無殘留，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（NO CLEAN）：此種錫膏焊接完成后，PCB板面較為光潔、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（WATER SOLUBLE PASTES）：早期生產(chǎn)的錫膏因技術(shù)上的原因，PCB板面殘留普遍過多，電氣性能不夠理想，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，許多國家已禁用；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足焊接要求；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，因為從印刷（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“PaS”為單位來表示；其中200-600PaS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600-1200 PaS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改變，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升高而逐漸降低。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；參考下表對照：目數(shù)（MESH） 200 250 325 500 625顆粒度（m） 75 63 45 25 20B、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)根據(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010，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)境下反復出現(xiàn)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；但也不可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晰、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，采用點注工藝的，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可重復使用（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)商提供的錫膏稀釋劑調(diào)稀后再用。操作人員作業(yè)時，要注意避免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2025，相對濕度5070%，潔凈、無塵、防靜電。四、回流曲線的調(diào)節(jié) 理想狀態(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正確而可靠地焊接在一起； 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(yù)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(yù)定的預(yù)熱溫度；預(yù)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板面上的溫度分布出現(xiàn)梯度。因為此段所有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、第二升溫區(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板溫度均勻一致的區(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)溫度開始迅速上升，元器件仍會以不同速率吸熱，再一次產(chǎn)生溫差，所以要控制好溫度，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)控制在10秒以內(nèi)，2150C以上的時間應(yīng)控制在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。為避免及克服上述缺陷，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，升溫速率要迅速提高，焊接區(qū)最高溫度的時間控制要短，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原因分析 在焊錫膏的使用過程中，從錫膏的印刷、SMD的貼裝到回流焊，我們經(jīng)常會遇到各種各樣的問題，這些問題經(jīng)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)素質(zhì)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、及時地處理這些問題，也能夠體現(xiàn)出供應(yīng)商的服務(wù)力度。在這里，我僅簡單地介紹幾種常見的問題及原因分析，也是以往的工作中在服務(wù)客戶時經(jīng)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)約成本，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，主要原因有：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；其中第一個原因的解決我們總是放在最后，而是先著手改進第二和第三個原因，如果改進了第二和第三個原因，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)先采用紅膠固定，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，特別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)過使用客戶的配合，并通我們大量的實驗，最終我們分析產(chǎn)生錫珠的原因可能有以下幾個方面：1、PCB板在經(jīng)過回流焊時預(yù)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；以上第一及第二項原因，也能夠說明為什么新更換的錫膏易產(chǎn)生此類的問題，其主要原因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，一定要向錫膏供應(yīng)商索取其錫膏所能夠適應(yīng)的溫度曲線圖；第三、第四及第六個原因有可能為使用者操作不當造成；第五個原因有可能是因為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；第七個原因為錫膏供應(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經(jīng)常反映的一個問題，板面較多殘留物的存在，既影響了板面的光潔程度，對PCB本身的電氣性也有一定的影響；造成較多殘留物的主要原因有以下幾個方面：1、在推廣焊錫膏時，不了解客戶的板材狀況及客戶的要求，或其它原因造成的選型錯誤；例如：客戶要求是要用免清洗無殘留焊錫膏，而錫膏生產(chǎn)廠商提供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）、印刷時出現(xiàn)拖尾、粘連、圖象模糊等問題：這個原因是印刷過程中經(jīng)常會碰到的，經(jīng)過總結(jié)，我們發(fā)現(xiàn)其主要原因有以下幾個方面：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，操作工人的熟練程度（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：焊點上錫不飽滿的原因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(yù)熱時間過長或預(yù)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，雖然說這也是平時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，因為焊點的光亮程度是沒有標準可依的；大致來講，造成焊點不光亮的原因有以下幾個：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經(jīng)常會見到的現(xiàn)象，特別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稍微光亮，但其殘留物的存在往往會影響這種效果，特別是在較大焊點或IC腳部位更為明顯；如果焊后能清洗，相信焊點光澤度應(yīng)有所改善；5、回流焊時預(yù)熱溫度較低，有不易揮發(fā)物殘留存在