焊锡技术之SMT焊膏质量与测试.docx
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焊锡技术之SMT焊膏质量与测试
焊锡技术之SMT焊膏质量与测试
焊膏是由合金焊粉、焊剂载体等组成的膏状稳定混合物。
在表面安装技术中起到粘固元件，促进焊料润湿，清除氧化物、硫化物、微量杂质和吸附层，保护表面防止再次氧化，形成牢固的冶金结合等作用。
焊膏印刷是SMT的第一道工序，它影响着后续的贴片、再流焊、清洗、测试等工艺，并直接决定着产品的可靠性。
据统计，电子产品72％的缺陷和失效与焊膏相关，因而焊膏的性能对于SMT来说是至关重要的。
随着细间距（FPT）、球栅阵列（BGA）、免清洗（NC）、0201等技术的迅速发展，以及有关法规对某些损害环境和健康的材料的限制或者禁止，对焊膏的成分与性能要求越来越高。
在市场、环保、法律因素的约束和推动下，国内外的各种组织、科研机构和公司对焊膏的研究与开发日益深入。
2合金焊粉
焊粉的关键性能参数有形状、尺寸分布和含氧量，而这些又取决于制粉技术。
其制造方法主要有雾化法（如离心雾化、超声雾化、多级快冷等）和化学电解沉积两类方法[1]。
我们采用了简易的流体真空喷雾法，其基本原理是：
在真空条件下，用感应加热熔融Sn63Pb37合金焊料棒，然后将金属液流用高速高压的喷射氮气击碎而雾化为细小的金属液滴，然后在冷却媒质中快速冷却凝固成为粉末，最后进行分级和收集。
雾化法冷却速度极快，大幅度减小了合金成分偏析，增加了合金固溶能力，成形粉末均匀细小。
由于采用保护气氛，含氧量低。
这种方法还具有球形率高、尺寸分布范围小、污染小等优点。
不同方法制备的焊粉形貌如图1（a）至（e）所示。
图1 （a）中焊粉呈疏松多孔的海绵状，不能使用。
焊粉形状最好是球形或者类球形，如图1 （f）[2]。
球形焊粉的比表面小，能量低，在制造、存储和印刷中不易氧化，而且印刷时不会堵塞网孔。
焊粉的氧化会导致可焊性差、桥接、焊锡球等缺陷。
图1 （b）中焊粉尺寸分布不均，球与球之间有粘接，形状不规则，而且球的表面不光滑，有“小卫星”颗粒和孔洞，见图1 （d），也不能使用。
球的表面缺陷会导致在焊接过程中受热升温速度不一致、孔洞中残留气体、焊料飞溅形成焊珠等焊接问题。
由Stokes公式F=6（a（v（F是半径为a的球形颗粒以速度v在黏性为（的介质中运动所受的力）可知，尺寸分布的变化直接影响着焊膏的粘性、流变性能，继而影响到印刷质量。
图1（c）为比较规则的球形焊粉，但还是有一些粘连。
图1（e）是规则焊粉表面形貌，其中黑色的为富锡相，而亮区为富铅相。
图1 （f）则为AMT公司的-325/+500目的规则球形焊粉。
SMT焊膏常用的焊粉为光滑球形，尺寸分布为20~75微米，氧含量低于0.3％。
3焊剂载体
免清洗要求焊剂载体保持传统焊膏功能外，还要具备挥发性好、焊后残留物少、无腐蚀、薄膜坚硬呈惰性等特点。
焊剂载体在焊膏中的比重一般为10％~20％，体积百分比为50~60％。
作为焊粉载体，它起到结合剂、助熔剂、流变控制剂和悬浮剂等作用。
它由成膜物质、溶剂、活化剂（表面活性剂、催化剂）、缓蚀剂、稳定剂、抗氧化剂、触变剂等组成。
为了达到免清洗效果，建议固形物、溶剂、活性剂分别占焊剂载体的25％、50％、10％左右。
固形物采用热固性树脂以及人造合成树脂，焊后在焊点表面形成坚硬而透明的薄膜。
一般应采用多元醇类的混合物作为溶剂，建议选用高（约230℃）低（约160℃）沸点、高（30~1000cps）低（3~20cps）粘度的醇类调配成一定的粘性溶剂，使之在一个较宽的温度范围内具有相应的挥发速度，且150~220℃之间挥发应由慢到快。
对于低沸点醇，由于挥发性较好，容易导致焊膏发干失去粘性，使工作寿命缩短；而高沸点醇有增稠和“保湿”作用，可改善工作寿命和印刷性能，但是容易吸湿，挥发也不彻底。
活性剂使用有机弱酸而不使用传统的含卤素的活性剂，以达到焊后腐蚀性小的特点。
为了弥补活性不足，可使用分子结构带有烷基和羟基的二元羧酸。
对焊剂载体质量占9％的焊膏进行的热分析（图2）发现：
在100~150℃之间挥发很快，在212℃附近也有较大的挥发。
表明在预热区（125~150℃）和焊接区其不同组分分别起到了清洗和活化被焊表面的作用，然后挥发，符合工业中典型的再流焊温度工艺曲线要求。
而到220℃时，重量百分比只有95％，残留物较少，且呈一层坚硬透明的薄膜，不必清洗。
4基本性能测试
4.1粘度及其特性
焊膏的粘度主要与其中的粉末含量、粉末尺寸、焊剂粘度相关[3]（见表1），对粘度的要求随应用方法的不同而异。
粘度太高，会粘连网孔；太低无法保形且无法粘固元器件。
焊膏是一种假塑性流体，有触变性。
其粘度随时间、温度、剪切强度等因素而发生变化。
根据IPC-TM-650（2.4.34）测试方法，在25（1℃下，采用NDJ-7型旋转式粘度计以7.5转/分钟连续旋转2分钟，稳定后读数，几种常用进口焊膏的粘度都在600~730Pa.s范围内，适合于模板印刷。
由于焊剂载体物质含有很多羟基、烷基、以及羧基，所以氢键很重，通过加入一定量的氢化蓖麻油在搅拌和剪切时破坏氢键，可达到图3的触变性[4]（切变变稀）效果。
一般将触变剂控制在7％左右，以便于搅拌、漏印、流平、抗塌落和粘固元件。
4.2塌落
焊膏印刷后，在一定温度和湿度条件下，由于重力和表面张力的作用，导致图形塌落并从最初边界向外界扩展。
这种塌落会引起焊膏的流溢，导致焊接过程中的引脚间桥接缺陷。
根据IPC-TM-650（2.4.35）采用IPC-A-21图案，进行了冷塌和热塌试验。
在25（5℃、RH（50（10）%环境中停留10分钟的塌落情形见图4（a）。
然后在150（10℃金属热板上放置10分钟，其塌落见图4（b）。
图4 （a）只有边距为0.06mm的相邻图形之间，图4（b）只有0.06mm和0.10mm之间发生桥连，表明抗冷塌和热塌性能良好，主要是选用了热固性树脂和表面张力比较大的醇类的原因。
4.3细间距印刷
细间距印刷要求焊粉尺寸分布为20～36微米，否则影响均匀性和分辨率，甚至堵塞网孔；同时要有很好的保形性，防止流溢、塌落等发生。
图5是间距为0.4mm，厚度0.2mm的印刷图形。
图5（a）是刚刚印刷后的扫描图形，图5（b）是图5（a）在150℃保持10分钟的情形。
二者均匀完整、分辨率较好，没有铺散、桥联等现象。
4.4焊锡球
焊锡球的形成与焊粉氧化、焊剂活性、焊粉尺寸均匀性、焊膏吸湿性、杂质等密切相关。
图6是按照IPC-TM-650（2.4.43）测试的焊料球结果。
其中图6（a）是在不润湿陶瓷基片上刚刚印刷的扫描图形；图6（b）是免洗焊膏是在208℃保持20秒钟的情形。
因表面张力和焊剂载体与焊粉间的润湿作用“缩回”效果好，因此颜色浅；图6（c）是普通焊膏的相应情形，残留较多，因而颜色较深；图6（d）的情况则完全不合格，主要是在空气中放置了6小时，因挥发和吸湿导致了大颗粒焊珠的形成。
5结语
总之，焊膏看似普通平常，在电子封装工业中却起着举足轻重的作用。
设计、制备、应用以及管理人员应该加以充分的重视。
开发研制新型优质的焊膏、积极优化质量与工艺，对我国的电子组装工业有积极的意义
普通型松香芯焊锡丝－深圳市同创时代焊锡科技有限公司
产品名称：
普通型松香芯焊锡丝
本公司的松香芯焊锡丝采用高技术含量的最新型复合配合助焊剂，由最先进的自动设备生产，近年来为适应电子工业发展的复杂化、精密化趋势，本公司成功开发了几个品质优良的新品种。
◆焊锡丝的特性：
·熔融迅速，湿润性、扩展性极佳； ·不断芯、不溅弹、无臭味；
·焊点饱满、光亮、牢固可靠； ·外观洁净、光亮、捐线整齐。
◆线径：
0.4-3mm
分为焊剂芯焊料丝和树脂芯焊料两大类。
树脂芯焊料又分为非活化型（AA）,轻活化径（A）、活化型（B）三类。
焊剂占焊料总量的1.5-3％
塑料轱辘上绕成卷，每卷净重分别为0.5kg、1kg、2kg、5kg。
5mm以上焊丝捆扎成筒。
塑料袋封口，木箱包装，每箱净重10kg。
◆同创焊锡－锡线
作者：
佚名 来源：
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71 更新时间：
2007年05月14日
锡焊料经过电解提纯和特殊的熔制精炼工序之后，极大地除去了焊锡中的微细氧化物夹杂，并在焊锡中加入了微量的抗氧化元素，保证焊锡制品具有极佳的品质。
一般焊料包括：
树脂锡线，实芯焊锡线，三芯锡线，水溶性锡线，不锈钢锡线，镀镍及焊铝等多种产品供广大客户选择。
焊锡线有如下的优点：
可焊性好，润湿时间短；线内松香分布均匀，连续性好，焊锡时松香飞溅少；无恶臭味，无毒害健康之气味，烟雾少
水洗型焊锡丝焊锡丝－深圳市同创时代焊锡科技有限公司
作者：
佚名 来源：
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2007年07月27日
水洗型焊锡丝 焊锡丝－深圳市同创时代焊锡科技有限公司
产品名称：
水洗型焊锡丝
◆焊锡丝的特性：
·熔融迅速，湿润性、扩展性极佳； ·不断芯、不溅弹、无臭味；
·焊点饱满、光亮、牢固可靠； ·外观洁净、光亮、捐线整齐。
◆焊锡丝的种类：
·普通型松香芯焊锡丝 ·免洗型松香芯焊锡丝
·焊不锈钢焊锡丝 ·焊铝用焊锡丝·焊镍用焊锡丝
·水洗型焊锡丝 ·含银焊锡丝 ·无铅焊锡丝
◆线径：
0.5-3mm
分为焊剂芯焊料丝和树脂芯焊料两大类。
树脂芯焊料又分为非活化型（AA）,轻活化径（A）、活化型（B）三类。
焊剂占焊料总量的1.5-3％
塑料轱辘上绕成卷，每卷净重分别为0.5kg、1kg、2kg、5kg。
5mm以上焊丝捆扎成筒。
塑料袋封口，木箱包装，每箱净重10kg。
无铅含银焊锡丝－深圳市同创时代焊锡科技有限公司
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2007年07月27
无铅含银焊锡丝－深圳市同创时代焊锡科技有限公司
产品名称：
无铅含银焊锡丝
产地不同，锡铅原料的杂质构成也不同。
因此，要求制造商能够严格挑选原料供应商，以确保获取高品质的原料。
另外，在焊锡合金生产过程中，个厂商生产技术工艺不同，同样也会对焊料品质造成影响。
我公司精心挑选原料供应商，采用我公司专有的生产技术和工艺进行生产，以确保生产出最佳品质的焊料。
我公司生产的焊锡不但符合美国工业标准QQS571E、德国工业标准DIN1707、日本工业标准JIS-Z3282和中国国家标准GB/T8012-A-2000。
各国工业标准
锡Sn
铅Pb
锑Sb
铜Cu
铋Bi
砷As
铁Fe
锌Zn
铝Al
镉Cd
美国工业标准QQS571E
62.5－63.5
余量
0.5
0.08
0.25
0.03
0.02
0.005
0.005
0.001
德国工业标准DIN1707
62.5－63.5
余量
0.12
0.05
0.10
0.01
0.02
0.002
0.002
0.002
日本JIS-Z3282
62.5－63.5
余量
0.3
0.05
0.05
0.03
0.03
0.005
0.005
0.005
中国国家标准GB/T8012-A-2000
62.5－63.5
余量
0.012
0.02
0.02
0.01
0.01
0.001
0.001
0.001
日
含铜焊锡丝－深圳市同创时代焊锡科技有限公司
作者：
佚名 来源：
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2007年07月27日
无铅含铜焊锡丝－深圳市同创时代焊锡科技有限公司
产地不同，锡铅原料的杂质构成也不同。
因此，要求制造商能够严格挑选原料供应商，以确保获取高品质的原料。
另外，在焊锡合金生产过程中，个厂商生产技术工艺不同，同样也会对焊料品质造成影响。
我公司精心挑选原料供应商，采用我公司专有的生产技术和工艺进行生产，以确保生产出最佳品质的焊料。
我公司生产的焊锡不但符合美国工业标准QQS571E、德国工业标准DIN1707、日本工业标准JIS-Z3282和中国国家标准GB/T8012-A-2000。
各国工业标准
锡Sn
铅Pb
锑Sb
铜Cu
铋Bi
砷As
铁Fe
锌Zn
铝Al
镉Cd
美国工业标准QQS571E
62.5－63.5
余量
0.5
0.08
0.25
0.03
0.02
0.005
0.005
0.001
德国工业标准DIN1707
62.5－63.5
余量
0.12
0.05
0.10
0.01
0.02
0.002
0.002
0.002
日本JIS-Z3282
62.5－63.5
余量
0.3
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0.05
0.03
0.03
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0.005
中国国家标准GB/T8012-A-2000
62.5－63.5
余量
0.012
0.02
0.02
0.01
0.01
0.001
0.001
0.001
产品名称：
无铅含铜锡丝
无铅焊锡丝－深圳市同创时代焊锡科技有限公司
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2007年07月27日
∙导电率、热导率性能优良，上锡速度快。
∙良好的润湿性能。
∙松香含量适中，操作时不会溅弹松香。
∙松香公布均匀，锡芯里无断松香情况。
∙绕线均匀，走线时不会缠结。
∙焊锡时烙铁头残渣少。
锡线（锡丝）线径由0.6mm-3.0mm
锡线（锡丝）的焊剂含量有：
1.8%、2.2%、2.6%、3.3%
产品名称：
无铅焊锡线
松香芯焊锡丝－深圳市同创时代焊锡科技有限公司
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2007年07月27日
活性松香芯焊锡丝
检测依据标准号
GB3131-88，ANSI/ASTMB284-79
检测项目
技术要求
检测结果
外表质量
光亮平整
合格
公称重量（%）
1.88
合格
含CL量（%）
0.23
合格
扩展率（%）
>85
合格
干燥球
粉笔末易去
合格
绝缘电阻Ω
>1×10的10次方Ω
合格
水溶性电阻Ω
>4×10的4次方Ω
合格
抗腐蚀性
基本不腐蚀
合格
元素名称
Sn
54.5-56.0
55.36
Pb
余量
余量
Cu
0.08
0.001
Fe
0.02
0.0053
As
0.02
0.016
Sb
0.12-0.08
0.68
Bi
0.1
0.03
Zn
0.002
0.0014
Al
0.002
<0.003
■焊锡合金种类及供应形态
合金比例
熔点范围
可供应种类
℉
℃
有芯锡线
实芯锡线
Sn63/Pb37
361
183
*
*
Sn60/Pb40
361-374
183-190
*
*
Sn55/Pb45
361-397
183-203
*
*
Sn50/Pb50
361-421
183-216
*
*
Sn45/Pb55
361-441
183-227
*
*
Sn40/Pb60
361-460
183-238
*
*
Sn35/Pb65
361-477
183-247
*
*
Sn30/Pb70
361-496
183-258
*
*
Sn25/Pb75
361-511
183-266
*
*
Sn20/Pb80
361-536
183-280
*
*
Sn15/Pb85
361-550
227-288
*
*
Sn10/Pb90
361-576
268-302
*
*
Sn5/Pb95
361-597
301-314
*
*
華氏Flash=9/5（攝氏Celsiur+32）注：
以上表中"*"為本公司可供貨產品。
免清洗焊锡丝－深圳市同创时代焊锡科技有限公司
为配合全球限制使用CFC溶剂的《蒙特利尔国际公约》以及满足高精度、高可靠的免洗焊接工艺，本厂配有多种和金比例和线径的免洗锡线供客户选择。
本产品具有焊点可靠、清洁、美丽、焊后绝缘电阻高、离子污染低以及焊后残留物极少等特点。
免清洗焊锡丝技术性能指标（SJ/T11168-98）作者：
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2007年07月27日
：
对无铅焊锡的兴趣随着时间发生变化，有激动也有冷漠。
虽然还没有立法的影响，开发无铅焊锡的另一个、可能更重要的目标是把焊锡提高到一个新的性能水平。
典型的PCB装配共晶锡/铅（Sn63/Pb37）焊锡点通常遇到累积的退化，造成温度疲劳。
这个退化经常与焊点界面的金相粗糙有关，如图二所示，而它又与铅（Pb）或富铅（Pb-rich）金相更密切。
如果取消铅，那无铅焊锡经受温度循环的损害机制会改变吗？
在没有其它主要失效（金属间化合、粘合差、过多空洞，等）的条件下，温度疲劳环境中无铅焊锡点的失效机制很可能不会涉及与锡/铅相同程度的金相粗糙。
实际上应该设计无铅合金以防止金相粗糙，因而提供更高的疲劳阻抗，因为有适当的微结构进化。
图三比较受温度疲劳的无锡焊锡点的强度，显示两种无铅合金没有金相粗糙。
已介绍各种无铅成分。
多数似乎至少在一个区域失效：
例如，可能缺少本身的性能来显示焊接期间即时流动和良好的熔湿性能；熔化温度可能太高，超出同用PCB的温度忍耐水平；或者可能展示机械性能不足。
只有那些结合所希望的物理和机械特性与满足制造要求的能力的无铅焊锡才被认做可利用的材料。
焊锡丝－深圳市同创时代焊锡科技有限公司
焊锡丝（锡线）
本公司凭借多年实践经验，结合现代电子产品朝小型化及高精密化发展的需要，开发了多种类型的锡线产品。
无铅锡线
松香芯锡线
免洗锡线
水溶性锡线
镀镍锡线
低温锡线
高温锡线
哑光锡线
灯头专用锡线
其它特殊用途锡线
无铅锡线的焊接工艺----------
手工烙铁焊
烙铁尖端温度应高于300oC。
为避免过多的热量输入，焊接动作要更快，可能需要对员工进行再培训。
烙铁的使用寿命会降低。
本公司提供不同规格的锡线，可有各种不同合金成份，不同助焊剂类型以及线径选择。
产品具有下列优点：
可焊性好，润湿时间短；
钎焊时松香飞溅；
线内松香分布均匀，连续性好；
无恶臭味，烟雾少，不含毒害健康之挥发气体；
卷线整齐、美观，表面光亮。
作者：
佚名 来源：
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2007年07月27日
本公司针对助焊剂量之多寡，制造各种有芯锡线（单芯锡线和三芯锡线等）或实芯锡线，并提供各种规格之有芯锡线助焊剂内径供客选择。
焊锡丝（锡线）
0.3mm0.5mm0.6mm0.8mm1.0mm1.2mm
依客订做范围为：
0.3mm-5.0mm
无铅锡线
配合无铅化电子组装需求，本公司全力开发出Sn-Cu，Su-Ag，Sn-Bi，Sn-Sb，Sn-Ag-Cu等合金成份的无铅锡线。
产品中铅含量严格控制在1000ppm以下。
另辅有精心改进的助焊剂以适应更高焊接温度下的活性需求，从而帮助您顺利过渡到无铅化制程。
免洗锡线
配合全球限制使用CFC溶剂的《蒙特利尔国际公约》以及满足高精度、高可靠性电子产品的免清洗组装工艺，本公司配有多种合金比例和线径的免洗锡线供客选择。
具有焊点可靠、清洁、美观，焊后绝缘电阻高、离子污染低及焊后残留物极少等特点
松香芯锡线
采用高品质松香配制而成。
松香芯分为：
R型（非活化）,RMA型（中度活性）和RA型（高度活性）共三种。
具有焊接时润湿性佳，焊点可靠，各种技术性能指针优良，用途广泛等特点。
本公司配有多种合金比例和线径供客选择。
水溶性锡线
符合当今取消ODS物质的电子产品水清洗工艺流程。
具有焊接速度快、焊点光亮美观、焊后残留物极易用温水清洗等特点。
本公司配有多种合金比例和线径供客选择。
灯头专用锡线
针对照明行业的灯头焊接而开发，具有润湿性特佳、焊点可靠饱满、残渣无腐蚀等特点，本公司配有多种合金比例和线径供客选择。
同创时代焊锡科技有限公司生产的焊锡丝（锡线）,质量信得过
品牌：
力世科RHESCA
SAT-5100型。
可焊性测试仪是运用润湿平衡的测试方法，使焊接过程得到形象的再现性利用她您能得到各种各样润湿信息，从而提高您产品的焊接质量世科RHESCASAT-5100型可焊性测试仪是运用润湿平衡的测试方法，使焊接过程得到形象的再现性，利用她您能得到各种各样润湿信息，从而提高您产品的焊接质量。
详细介绍：
此装置是对焊锡、焊锡膏、助焊剂等焊接材料和电子组件以及与印刷电路板焊接的可焊性进行评价的测试仪。
此装置对开发产品的评价，组件、材料的品质管理以及焊接工程管理质量的提高，作出了极大的贡献，在日本国内外被广泛应用，并得到好评。
也是对无铅化的各种产品进行可焊性评价最适合，最可靠的装置。
●可依据国际规格、日本规格进行可焊性测试及评价（适用EIAJET-7404，ET-7401，MIL-STD-883，JISC0053）。
●用于表面封装组件焊锡膏的可焊性和反射流焊接的升温信息下的可焊性、润湿性的测试及评价。
●在焊锡急速加热时，短时间内对封装组件的可焊性进行测试及评价。
●使用焊锡小球铝块夹具，可对表面封装组件印刷电路板的金属通孔的可焊性进行评价。
●对在氮气环境中的可焊性进行测试及评价。
●可通过电脑，对浸润时间，对应力，表面张力，接触角度等进行分析，并可将得到的数据重叠在一起进行比较、分析。
●可作为浸渍试验装置和扩张润湿装置使用（选择）。
适用标准：
IEC60068-2-54（Solderabilitytestingbythewettingbalancemethod）
JISC0050（检查solderability方法）
JISC0053（检查（平衡的方法）solderability方法）
JISC0054（SMD）solderability
MIL-STD-202方法208（Solderability）
MIL-STD-883方法2003年（Solderability）
MIL-STD-883方法2022年（wetting平衡Solderability）
EIAJET-7401（solderability方法）
Edge-DipSolderabilityTest板面焊锡性测试
是一种对电路板（或其他零件脚）焊锡性的简易测试法，可将特定线路的样板，在沾过助焊剂后，以测试机的夹具或手操作方式将之夹定，然后垂直慢慢压入熔融的锡池内，停留1~2秒后再慢慢取出。
待其冷却洗净后
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