PS-11-0011_SMT用焊錫膏知識介紹及常見問題之原因分析

發佈日期:2011年7月19日   問題詢問

出處:功得電子   

SMT錫膏, 助焊劑, 選擇標準



SMT用焊錫膏知識介紹及常見問題之原因分析

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) :該成份主要是調節焊錫膏的粘度以及印刷性能,起到在印刷中防止出現拖尾、粘連等現像的作用;

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後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節均勻的作用,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特性及其品質要求有如下幾點:

A、錫粉的顆粒形態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,這裡要談到錫粉顆粒度分布比例的問題;在國內的焊料粉或焊錫膏生產廠商,大家經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 也要求錫粉顆粒形狀較為規則;根據“中華人民共和國電子行業標准《錫鉛膏狀焊料通用規範》(SJ/T 11186-1998)”中相關規定如下:“合金粉末形狀應是球形的,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議,也可為其他形狀的合金粉末。”在實際的工作中,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,應根據所生產產品、生產工藝、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“中華人民共和國電子行業標准《錫鉛膏狀焊料通用規範》(SJ/T 11186-1998)”中相關規定,“焊膏中合金粉末百分(質量)含量應為65%-96%,合金粉末百分(質量)含量的實測值與訂貨單預定值偏差不大 於±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、光滑並在器件(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,對回流焊焊後焊料厚度(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,有關專家曾做過相關的實驗,現摘抄其最終實驗結果如下表供參考:

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,隨著金屬含量減少,回流焊後焊料的厚度減少,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要求,這也是錫粉在生產或保管過程中應該注意的一個問題;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。

二、錫膏的分類方式及選擇標准

一般情況下,首先選擇焊錫膏大類,再根據合金組成、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出較好“上錫速度”並能保證良好的“焊接效果”;在焊接工作完成後,PCB表面松香殘留相對較多, 可用適當清洗劑清洗,清洗後板面光潔無殘留,保證了清洗後的板面具有良好的絕緣阻抗,並能通過各種電氣性能的技術檢測;

B、免清洗型焊錫膏[NC(NO CLEAN)]:此種錫膏焊接完成後,PCB板面較為光潔、殘留少,可通過各種電氣性能技術檢測,不需要再次清洗,在保證焊接品質的同時縮短了生產流程,加快了生產進度;

C、 水溶性錫膏[WMA(WATER SOLUBLE PASTES)]:早期生產的錫膏因技術上的原因,PCB板面殘留普遍過多,電氣性能不夠理想,嚴重影響了產品品質;當時多用CFC清洗劑來清洗,因 CFC對環保不利,許多國家已禁用;為了適應市場的需求,應運產生了水溶性焊錫膏,此種錫膏焊接工作完成後它的殘留物可用水清洗干淨,既降低了客戶的生產 成本,又符合環保的要求。

(二)、選擇標准:

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;對於有銀(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;對於有不耐熱衝擊器件的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)完錫膏並貼上元件,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,應有良好的粘性及保持時間。

A、對於錫 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的錫膏比較適合用於針式點注制式或自動化程度較高的生產工藝設備; 印刷工藝要求錫膏的粘度相對較高,所以用於印刷工藝的錫膏其粘度一般在600-1200 Pa•S左右,適用於手工或機械印刷;

B、高粘度的錫膏具有焊點成樁型效果好等特點,較適於細間距印刷;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後,其粘度會回復原狀;這一點對於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(MESH):

在 國內焊錫膏生產廠商多用錫粉的“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(MESH)”的概念來進行不同錫膏的分類。目數 (MESH)基本概念是指篩網每一平方英寸面積上的網孔數;在實際錫粉生產過程中,大多用幾層不同網眼的篩網來收集錫粉,因每層篩網的網眼大小不同,所以 透過每層網眼的錫粉其顆粒度也不盡相同,最後收集到的錫粉顆粒,其顆粒度也是一個區域值;

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

目數(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指標選擇錫膏時,應根據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,可選擇目數較小的錫膏,反之即當各焊點間的間距較小時,就應當選擇目數較大的錫膏;一般選擇顆粒度直徑約為模板開口的1/5以內。


三,使用錫膏應注意的問題

(一)、焊錫膏的保存要求:

焊 膏的保存應該以密封形態存放在恆溫、恆濕的冷櫃內,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後,使粘度、活性降低影響其性 能;如溫度過低,焊劑中的樹脂會產生結晶現像,使焊膏形態變壞。在保管過程中,更重要的一點是應注意保持“恆溫”這樣一個問題,如果在較短的時間內,使錫 膏不斷地從各種環境下反復出現不同的溫度變化,同樣會使焊錫膏中焊劑性能產生變化,從而影響焊錫膏的焊接品質。

(二)、使用前的要求:

焊 膏從冷櫃(或冰箱)中取出時,應在其密封狀態下,待其回到室溫後再開封,約為2-3小時;如果剛從冷櫃中取出就開封,存在的溫差會使焊膏結露、凝成水份, 這樣會導致在回流焊時產生焊錫珠;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:保證焊膏相對於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,再按印刷設定量加到印刷網板上,采用點注工藝的,還須調整好點注量。

在 長時間的印刷情況下,因焊膏中溶劑的揮發,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),印刷後網板上所剩的焊 錫膏,應用其它清潔容器裝存保管,下次再用時,應先檢查所剩錫膏中有無結塊或凝固狀況,如果過分干燥,應添加供應商提供的錫膏稀釋劑調稀後再用。

操作人員作業時,要注意避免焊膏與皮膚直接接觸。另外,印刷完成的基板,應當天完成焊接。

(四)、工作環境要求:

焊錫膏工作場所最佳狀況為:溫度20~25℃,相對濕度50~70%,潔淨、無塵、防靜電。
 

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