锡膏组成、分类及参数二

1、Foxconn Technology GroupSMT Technology Development CommitteeSMT Technology CenterSMT 技術中心錫膏基礎知識一.錫膏的定義二.錫膏的組成三.錫膏的分類四.錫膏的參數五.錫膏的測試六.錫膏的選擇七.錫膏的儲存目 錄锡膏是一种均匀的焊料合金粉末和稳定的助焊剂按一定的比例均匀混合而成的膏状体.在焊接时可以使表面组装元器件的引线或端点与印制板上焊盘形成合金性连接。这种物质极适合表面贴装的自动化生产的可靠性焊接,是现电子业高科技的产物。锡膏的定义:一.錫膏的定義英文名稱:SOLDER PASTE錫粉通常是由氮氣霧化或轉碟法

2、制造,后經絲網篩選而成.助焊劑是粘結劑(樹脂),溶劑,活性劑,觸變劑及其它添加劑組成,它對焊膏從絲綢印刷到焊接整個過程起著至關重要的作用二.錫膏的組成锡膏的組成:錫膏=錫粉(METAL)+助焊劑(FLUX)重量與体積的關係: flux metal 重量比 10 90 體積比 50 50 V=W/S S:比重 二.錫膏的組成锡膏的組成:10助焊膏和90锡粉的重量比(一般情况下)二.錫膏的組成锡膏的組成:锡合金粉90%助焊膏10%50助焊膏与50锡粉的体积比二.錫膏的組成锡膏的組成:锡合金粉50%助焊膏50% 錫膏中金属的含量决定着焊缝的尺寸。随着金属所占百分含量的增加，焊缝尺寸也增加。但在给定黏

3、度下，随金属含量的增加，焊料的桥连的倾向也相应增大。 按重量來計算的金屬含量百分比對黏滯度有直接的影響在用于印刷的錫膏中金屬含量百分比從最少的85到最多的92區間內分布用于印刷的錫膏常見的金屬含量百分比是從88到90 二.錫膏的組成锡膏的組成: 助焊剂主要三大类型：R (Rosin型):无活性;RMA(Rosin Mildly Activated型):中度活性;RA(Rosin Activated型):完全活性;。 助焊剂是錫膏载体的主要组分之一，现有的錫膏一般采用的是RMA型助焊剂以松香和称为活性剂的盐溶液组成的。这种焊剂靠盐激活，适合于消除轻微的氧化膜及其它污染，增加了熔化的焊料与焊盘、元

4、件端焊头或孔线之间的润湿作用。它还可以作为回流焊之前的临时性粘合剂，使表面贴装器件在放置和传送过程中，始终固定在相应位置而不发生偏移，有些品牌的贴片机特别是高速贴片机，由于贴装速度快，贴片头和印刷板均要高速移动，此时这种特性尤为重要。锡膏的組成:二.錫膏的組成 高溫錫膏 常溫錫膏 低溫錫膏三.錫膏的分類按回焊溫度分:按金屬成份分: 含銀錫膏(SN62/PB36/AG2) 非含銀錫膏(SN63/PB37) 含鉍錫膏(BI14/SN43/PB43)低温应用: Sn43/Pb43/Bi14 Sn42/Bi58高温、无铅、高张力: Sn96/Ag4 Sn96.5/Ag3.0/Cu0.5 Sn95.5/

5、Ag3.8/Cu0.7高温、高张力、低价值: Sn95/Sb5 Sn10/Pb90 Sn10/Pb88/Ag2 Sn5/Pb93.5/Ag1.5三.錫膏的分類 免洗（No Clean） 水洗（Water Washable或OA） 中等活性松香（RMA） 活性松香型（RA）三.錫膏的分類按助焊劑成份分:三.錫膏的分類按清洗方式分: 有機溶劑清洗型 水清洗型 半水清洗型 免清洗型常用的为免清洗型錫膏，在要求比较高的产品中可以使用需清洗的的錫膏各类型之成分比较:RA和RMA 配方是相似的。然而，RA 含有卤化物活性剂。水溶性助焊剂含有高的活性剂。免洗类似于RA、RMA，除在松香树脂含量上不同。其它成

6、份是表面活化剂、增稠剂、增韧剂等三.錫膏的分類4Sn-3.9Ag-0.6CuSn-3.8Ag-0.7Cu合金組成Sn-5.0SbSn-0.7CuSn-3.5AgSn-3.0Ag-0.5CuSn-8.8ZnSn-8.0Zn-3.0BiSn-58Bi熔點(oC)243/236227/227221/221219/217219/217219/217199/199197/187138/138比重7.37.47.47.47.47.47.37.38.7拉力強度(Kgf/mm2)5.13.43.23.63.53.54.67.17.0Sn-3.5Ag-0.7Cu219/2177.43.6Sn-3.5Ag-4.0

7、In-0.5Bi211/1907.45.25No.12310111268Sn-3.5Ag-8.0In-0.5Bi206/1707.56.597 常見無鉛錫膏的種類:三.錫膏的分類 常見無鉛錫膏的種類:三.錫膏的分類合金类型锡粉颗粒助焊剂类型 (残余物的去除)四.錫膏的參數錫膏的主要參數: 温度范围 a 固相 b 液相 基质兼容性 焊接强度（结合力）四.錫膏的參數 1.合金參數: 锡铅合金的二元金相图 A 共熔组成在Pb37/Sn63合金,此是固态与 液态直来直往的,无浆状存在，且熔点低在183 C 。B 纯铅的MP为327 C ，纯锡232 C ，当形成合金时，则其MP下降以共晶点为最低。四.

8、錫膏的參數 电子应用方面(含铅）超过90%的是： Sn63/Pb37 、Sn62/Pb36/Ag2 、或 Sn60/Pb40 2%的银合金随含Ag引脚和焊垫应用的增加而增加。银合金常用于锡铅合金产生弱粘合的场合 四.錫膏的參數 常用合金:四.錫膏的參數 常用合金:美國NEMISn-3.9Ag-0.6Cu(SAC396)日本JEIDASn-3.0Ag-0.5Cu(SAC305)歐盟Sn-3.8Ag-0.7Cu(SAC387)各國主流無鉛銲錫合金：Sn (3-4)wt% Ag (0-1)wt% CuMelting Point 217四.錫膏的參數 常用合金: 合金項目Sn63/Pb37 錫膏Sn6

9、2.8/Pb36.8/Ag0.4 錫膏Sn62/Pb36/Ag2.0錫膏熔點183179183179擴散性佳優優吃錫性佳優優接合强度可優可避免BGA零內的void過大可優優光澤度優(呈現光亮)可(呈現稍霧狀)佳推拉力強度佳優優單價成本低低中高 合金項目Sn-Ag-Cu系列錫膏Sn-Zn-Bi系列 錫膏Sn-Bi低溫錫膏熔點217219187197138擴散性尚可差尚可吃錫性尚可差尚可接合強度優尚可尚可表面張力大大大光澤度呈現霧狀呈現霧狀呈現霧狀零件推拉力強度佳優優單價成本高低中含鉛合金組成無鉛合金組成四.錫膏的參數锡粉颗粒直径大小颗粒形状大小分布氧化比率四.錫膏的參數 2.錫粉參數:a.锡粉颗

10、粒直径大小:电镜扫描IPC J-STD-006 定义球形锡粉的直径尺寸是长宽比率小于1.5倍Optimum四.錫膏的參數 焊料粉末的形状决定着粉末的氧化物含量，也决定着錫膏的可印性。球形焊料粉末在给定体积下总表面积最小，减少了可能发生的表面氧化的面积，球形的錫膏顆粒要比其它任何形狀的顆粒更容易通過网版或者鋼版并且一致性好，为使錫膏具备优良的印刷性能创造了条件。借助錫膏黏度测试仪可以从显示器上检测到錫粉末的形状。 四.錫膏的參數b.锡粉颗粒形狀: Good Poor四.錫膏的參數b.锡粉颗粒形狀:愈圓愈好愈小愈均勻愈好(流動性佳,成形佳)氧化層愈薄愈好 焊料颗粒的尺寸一般为-200目/+325目

11、，即至少99重量百分比的粉末颗粒能通过200（孔/in2）目的网，少于20重量百分比的粉末颗粒能通过325目的网，该尺寸以外的颗粒以不多于10为宜。在有0.5mm脚间距的器件印刷焊膏时，焊料颗粒尺寸应比常规小，可以选用颗粒尺寸是-300目+500目的焊膏。四.錫膏的參數c.锡粉大小分布:粉粒等级 网眼大小 颗粒大小IPC TYPE 2 -200+325 45-75微米IPC TYPE 3 -325+500 25-45微米IPC TYPE 4 -400+635 20-38微米 2型用于标准的SMT，间距为50mil(1.27mm)， 3型用于小间距技术（30mil-15mil）0.8-0.5mm

12、, 4型用于间距为15mil(0.5mm)或更小焊膏,这即是UFPT（极小间距技术）b.锡粉颗粒形狀:四.錫膏的參數Mesh四.錫膏的參數b.锡粉颗粒形狀:200 mesh325 mesh500 mesh-200+325 -325+500 Mesh Conceptb.锡粉颗粒形狀:四.錫膏的參數錫膏規範錫粉粒子分成六種類型：of Sample by Weight-Nominal SizesLess than 1% Larger than80% minimum Between10% Maximum Lesss thanType 1150 Microns150-75 Microns20 Micro

13、nsType 275 Microns75-45 Microns20 MicronsType 345 Microns45-25 Microns20 MicronsType 438 Microns38-20 Microns20 MicronsType 525 Microns25-15 Microns15 MicronsType 615 Microns15-5 Microns5 Microns四.錫膏的參數锡粉表面氧化重量测试锡粉称重样品熔化去除焊剂及杂质称重余量换算比Type 3小于 0.17%四.錫膏的參數d.锡粉氧化比率:四.錫膏的參數d.锡粉氧化比率:Sample % Oxide -325+

14、500 0.17 -400+635 0.11 1.) 有機類: 其助焊效果較佳,但若使用失當易造成過度的腐蝕,故在使用上多采清洗作業,以減低腐蝕程度,此類代表有機酸(organic acids; OA)、鹵素和胺及氨基化合物等.2.) 有機松香類: 此類因腐蝕性較弱,故使用較安全, 其類別有: (a).純松香R type(rosin flux):除天然松香外,並無其它活性劑之添加,故其助焊效果較弱.四.錫膏的參數 3.助焊劑類型: (b).中度活性松香RMA type(rosin mildly active flux):除天然松香外尚加以鹵素為至之活性劉,其助焊效果較R-type為強. (c)

15、.活性松香RA type(rosin active flux):與RMA type類似,但助焊效果則較強. (d).超活性松香RSA type(rosin superative flux):與RMA RA type類似,但其所添加之活性劑極強. (e).合成松香SR type(synthetic rosin flux)四.錫膏的參數 3.助焊劑類型: 1.)助焊劑之作用-清潔表面,隔離空氣清潔表面,隔離空氣,降低焊錫表面張力,增進金屬表面潤錫能力及擴散能力四.錫膏的參數 提供RHEOLOGY及黏度才可印刷去除PADPARTSOLDER之氧化物降低SOLDER表面张力以增加焊錫性防止加熱過程中再

16、氧化说 明:溶剂蒸发 受热,焊剂覆盖在基材和焊料表面,使传热均匀 放出活化剂与基材表面的离子状态的氧化物反应,去除氧化膜 使熔融焊料表面张力小,润湿良好 覆盖在高温焊料表面,控制氧化改善焊点质量.四.錫膏的參數1.)助焊劑之作用LIQUID :SolventSOLIDS :RosinActivatorThixotropic agent四.錫膏的參數2.)助焊劑之組成(1).固化物(Solids):包括松香、松香油等具黏滯性, 略具清潔被焊金屬之效能,且可阻隔空氣,防 止被焊高溫下之氧化.四.錫膏的參數2.)助焊劑之組成焊接能力防止塌陷黏滯力殘留物之顏色印刷能力ICT 測試能力ROSIN之職責:

17、(2).活性劑(Activators):包括鹵素及有機酸,具有強 力清潔金屬表面之能力,其腐蝕性亦強.四.錫膏的參數2.)助焊劑之組成活化強度信賴度保存期限ACTIVATORS之職責:(3).溶劑(Solvents):包括乙醇、水等,可降低前二者 之含量百分比,使其作用易於掌控,同時有助 於助焊劑溫度之降低,在使用時涂布更均勻, 效果更佳.四.錫膏的參數2.)助焊劑之組成防止塌陷黏滯時間/Stencil life黏度控制SOLVENTS之職責:(4).其它:如助潤劑有助於被焊金屬之潤錫能力,熱 穩定劑可使助焊劑能承受更高之溫度且不易 變質,黏度修正液可控制流動性.四.錫膏的參數2.)助焊劑之組

18、成Thixotropic agent之職責:黏度印刷能力防止塌陷ODOR錫膏添加剂 卤化物：去除铜面氧化物（活化剂）中性有机酸：活化锡铅表面（活化剂）胺类：活化银表面（活化剂）有机酸：高温下配合FLUX除污（活化剂）氯化物：活性强过RMA（活化剂）溶剂：溶解固化物、活性剂，需有挥发性（坍塌、空洞、危害人体）黏度改质剂（触变剂）：印刷成型润湿剂：Solder Paste与PAD间的易接触，便于残渣清洗增黏剂：保持贴片后REFLOW前的黏性防氧化剂：防锡粉氧化，属酚类表面活剂：降低焊剂的表面张力，增加焊剂对焊粉和焊垫的亲润性其它添加剂：锡膏制造商的专利四.錫膏的參數 具一定的化学活性 具有良好的热

19、稳定性 具有良好的润湿性 对焊料的扩展具有促进作用 留存于基板的焊剂残渣,对基板无腐蚀性 具有良好的清洗性 氯的含有量在0.2%(W/W)以下. 四.錫膏的參數3.)助焊劑的要求PH值,須在3.07.5之間,應為中性的化學品.銅鏡試驗(copper mirror test)-詳見IPC-TM- 650 2.3.32.鹵素試驗,必須不含有氟化物 & 氯化物,以免板 子引起后患. SIR(Surface insulation resistance)試驗,詳見 IPC-B-25試驗法.四.錫膏的參數4.)助焊劑腐蝕試驗常見檢驗法:铜镜测试：测助焊剂腐蚀性的强弱，敷在长方形的玻璃（专制）23C 2C

20、50%5%RH。铬酸银试：测氯化物或溴化物的存在，白色或淡黄色表示有，如有胺类影响需先以PH试纸测验PH3。金属含量：IPC-SP-819规定75-92%误差1%内。称熔融前后的重量。黏度测试：Brookfield及Malcolm测量计测量。单位centipoise(CPS)。深度5cm25 C 0.25C回温4HS。Brookfield转速5RPM旋浆下沉2.8cm转10分钟，取最后两个的平均值。五.錫膏的測試 錫膏的品質測試: 坍塌测试： 测在室温中及在熔焊中，印着形态的保持。印在毛玻璃上3个直径0.65cm,厚度0.25mm两块，分别置于25 C 5 C ，50%RH50-70分钟及5-

21、10分钟后置于100 C 5 C ，102分钟，不可增大原形的10（IPC-SP-819）。锡球测试：检查锡膏熔焊后能否形成一个大球体而不夹杂小球体或 碎叶。坍塌试验后的板在20秒内熔化，以20-30倍放大镜，中央主球体直径大于90mil(2.3mm),小球径70。 五.錫膏的測試 錫膏的品質測試: 合金粉末的颗粒大小及形状； 金属粉末的含量； 焊剂类型； 焊膏的稳定性。六.錫膏的選擇 錫膏选择的基本原则是：六.錫膏的選擇 錫膏的选用 ：錫膏的选用主要根据工艺条件，使用要求及錫膏的性能。可以参考以下几点来选用不同的錫膏具有良好的印刷性（流动性、脱版性、连续印刷性）印刷后在长时间内对SMD持有一

22、定的粘合性。焊接后能得到良好的接合状态（焊点）。 其殘留成分，具高绝缘性，低腐蚀性。对焊接后的焊剂残渣有良好的清洗性，清洗后不可留有残渣成分。具有优异的保存稳定性。 影響印刷過程的几個參數是黏滯度塌落黏結時間, 暴露時間, 金屬含量百分比顆粒大小顆粒形狀黏滯度是很重要同時也很容易被曲解的至少當測量它的時候是這樣黏滯度是以泊肅葉為單位的通常用厘泊和千厘泊來計量有兩種類型的黏度計用于黏滯度的測量布魯克菲爾德和馬爾康姆布魯克菲爾德黏度計被認為是工業標准馬爾康姆黏度計是很有意思的因為不同于布魯克菲爾德黏度計所測的靜態黏滯度它測的是動態黏滯度六.錫膏的選擇 錫膏的选用 ：錫膏的稳定性 錫膏在印刷后到回流

23、焊前，要经过传输、贴片等工艺，錫膏在空气中有一段停留时间。另外，工作环境温度有时也有波动，而且在新品项目试生产过程中，由于贴片机供料器可器件封装形式等问题，有些器件要求手工进行贴放，因此錫膏在空气中停留的时间相对更长一些，这就要求錫膏的稳定性要好，焊剂的损失要慢，工作寿命要长。 六.錫膏的選擇 錫膏的选用 ：七.錫膏的儲存 焊膏购买到货后，应登记到达时间、保质期、型号，并为每罐焊膏编号。 焊膏应以密封形式保存在恒温、恒湿的專用冷藏櫃內，有鉛與無鉛錫膏分開儲存.其存儲溫度須與錫膏進出管制卡上所標明之溫度相符. 温度在约为（210) C ，温度过高，焊剂与合金焊料粉起化学反应，使粘度上升影响其印刷性；温度过低（低于0 C ），焊剂中的松香会产生结晶现象，使焊膏形状恶化。这样在解冻上会危及锡膏的流变特征。一般保存