焊膏使用技术规范标准样本.doc

焊膏使用规范
摘 要 由焊膏产生缺点占SMT中缺点60％—70％，所以规范合理使用焊膏显得尤为关键。本文结合本部门使用经验来介绍焊膏部分特征和使用储存方法。
关键词 焊膏 漏版 再流焊
Abstract About 60%—70% defect of the surface mount process is made by solder paste, so it is important to use solder paste reasonable. Combine the experience of solder paste of our department, introduce the characteristic and store using method.
Keyword solder paste stencil reflow
概述
伴随再流焊技术应用，焊膏已成为表面组装技术（SMT）中最要工艺材料，多年来取得飞速发展。
在表面组装件回流焊中，焊膏被用来实施表面组装元器件引线或端点和印制板上焊盘连接。焊膏涂覆是表面组装技术一道关键工序，它将直接影响到表面组装件焊接质量和可靠性。
焊膏组成
焊膏是一个均质混合物，由合金焊料粉，糊状焊剂和部分添加剂混合而成含有一定粘性和良好触变性膏状体。在常温下，焊膏可将电子元器件初粘在既定位置，当被加热到一定温度时（通常1830C）伴随溶剂和部分添加剂挥发，合金粉熔化，使被焊元器件和焊盘连在一起，冷却形成永久连接焊点。对焊膏要求是含有多个涂布方法，尤其含有良好印刷性能和再流焊性能，并在贮存时含有稳定性。
合金焊料粉
合金焊料粉是焊膏关键成份，约占焊膏重量85％—90％。常见合金焊料粉有以下多个：
锡 – 铅（Sn – Pb）、锡 – 铅 – 银（Sn – Pb – Ag）、锡 – 铅 – 铋（Sn – Pb – Bi）等。
合金焊料粉成份和配比和合金粉形状、粒度和表面氧化度对焊膏性能影响很大，所以制造工艺较高。
多个常见合金焊料粉金属成份、熔点，最常见合金成份为Sn63Pb3。
Sn63Pb37和Sn62Pb36Ag2,其中Sn63Pb37熔点为1830C，共晶状态，掺入2％银以后熔点为179℃，为共晶状态，它含有很好物理特征和优良焊接性能，且不具腐蚀性，适用范围广，加入银可提升焊点机械强度。
合金焊料粉形状：
合金焊料粉形状可分为球形和椭圆形（无定形），它们对焊膏性能影响见表1.由此可见，球形焊料含有良好性能。
常见合金焊料粉颗粒度为（200/325）目，对细间距印刷要求更细金属颗粒度。合金焊料粉表面氧化度和制造过程和形状、尺寸相关。相对而言，球状合金焊料粉氧化度较小，通常氧化度应控制在0.5％以内，最好在10％—4％以下。
通常，由印刷钢板或网版开口尺寸或注射器口径来决定选择焊锡粉颗粒大小和形状。不一样焊盘尺寸和元器件引脚应选择不一样颗粒度焊料粉，不能全部选择小颗粒，因为小颗粒有大得多表面积，使得焊剂在处理表面氧化时负担加重，表二为常见焊膏Sn62Pb36Ag2物理特征。
表1 合金焊料粉形状对焊膏性能影响

球形
椭圆形
粘度
小
大
塌落度
大
小
印刷性
范围广，尤适合较细间距丝网
适合漏版及较粗间距丝网
注射滴涂
适合
不太适合
表面积
小
大
氧化度
低
高
焊点亮度
亮
不够光亮
表2 Sn62Pb36Ag2焊膏物理特征
合金成份
熔点（0C）
合金粉和焊剂百分比（Wt）
合金粉颗粒度
合金粉形状
拉伸强度（Mpa）
粘度Pa.s）
焊剂中氯含量（Wt）
延伸率（％）
Sn62
Pb36
Ag2

179—180

85:15

300

球型和椭圆型混合

56.6

300

0

159
2.2 焊剂
在焊膏中，焊剂是合金焊料粉载体，其关键作用是清除被焊件和合金焊料粉表面氧化物，使焊料快速扩散并附着在被焊金属表面。
对焊剂要求关键有以下几点：
a 焊剂和合金焊料粉要混合均匀；
b 要采取高沸点溶剂，预防再流焊时产行飞溅；
c 高粘度，使合金焊料粉和溶剂不会分层；
d 低吸湿性，预防因水蒸汽引发飞溅；
e 氯离子含量低。
焊剂组成：通常，焊膏中焊剂应包含以下多个成份：活性剂、成膜剂和胶粘剂、润湿剂、触变剂、溶剂和增稠剂和其它各类添加剂。
焊剂活性：对焊剂活性必需控制，活性剂量太少可能因活性差而影响焊接效果，但活性剂量太多又会引发残留量增加，甚至使腐蚀性增强，尤其是对焊剂中卤素含量更需严格控制，表3列出了三种不一样卤素含量对其性能影响。对免清洗焊膏，焊剂中卤素含量必需小于0.05％，甚至完全不含卤素，其活性关键靠加入有机酸来达成。
表3 不一样卤素含量焊剂
焊剂中卤素含量
特征
<0.05％
润湿性不够好，粘度改变小，腐蚀性小
0.2％
通常见于焊接Ag-Sn-Pb镀层电极或焊盘
>0.4％
用于Ni镀层合金焊接，触变性差，残留在PCB上使稳定性变差，有强腐蚀性
焊膏组成及分类
焊膏中合金焊料粉和焊剂通用配比见表四。
表4 焊膏中焊料粉和焊剂配比
成份
重量比（％）
体积比（％）
合金焊料粉
85—90
60—50
焊剂
15—10
40—50
其实，依据性能要求，焊剂重量比还可扩大至8％—20％。焊膏中焊剂组成及含量对塌落度、粘度和触变性等影响很大。
金属含量较高（大于90％）时，能够改善焊膏塌落度，有利于形成饱满焊点，而且因为焊剂量相对较少可降低焊剂残留物，有效预防焊球出现，缺点是对印刷和焊接工艺要求较严格；金属含量较低（小于85%）时，印刷性好，焊膏不易粘刮刀，漏版寿命长，润湿性好，另外加工较易，缺点是易塌落，易出现焊球和桥接等缺点。对通常再流焊工艺，金属含量控制在88％—92％范围内，气相再流焊可控制在85％左右。对细间距元器件再流焊，为避免塌落，金属含量可大于92％，焊膏分类能够按以下多个方法：
按熔点高低分：通常高温焊膏为熔点大于250℃，低温焊膏熔点小于1500C，常见焊膏熔点为1790C—1830C，成份为Sn63Pb37和Sn62Pb36Ag2。
按焊剂活性分：通常可分为无活性（R），中等活性（RMA）和活性（RA）焊膏。常见为中等活性焊膏。
按清洗方法分为有机溶剂清洗型，水清洗型，半水清洗型和免清洗型焊膏。常见通常为免清洗型焊膏，在要求比较高产品中能够使用需清洗焊膏。
焊膏应用特征
SMT对焊膏有以下要求：
应用前含有特征：
焊膏应用前需含有以下特征：
含有较长贮存寿命，在0—100C下保留3 — 6个月。贮存时不会发生化学改变，也不会出现焊料粉和焊剂分离现象，并保持其粘度和粘接性不变。
吸湿性小、低毒、无臭、无腐蚀性。
涂布时和回流焊预热过程中含有特征：
能采取丝网印刷、漏版印刷或注射滴涂等多个方法涂布，要含有良好印刷性和滴涂性，脱模性良好，能连续顺利进行涂布，不会堵塞丝网或漏版孔眼和注射用管嘴，也不会溢出无须要焊膏。
有较长工作寿命，在印刷或滴涂后通常要求能在常温下放置12—二十四小时，其性能保持不变。
在印刷或涂布后和在再流焊预热过程中，焊膏应保持原来形状和大小，不产生堵塞。
再流焊加热时含有特征：
良好润湿性能。要正确选择焊剂中活性剂和润湿剂成份，方便达成润湿性能要求。
不发生焊料飞溅。这关键取决于焊膏吸水性、焊膏中溶剂类型、沸点和用量和焊料粉中杂质类型和含量。
形成最少许焊球。它和很多原因相关，既取决于焊膏中氧化物含量、合金粉颗粒形状及分布等原因，同时也和印刷和再流焊条件相关。
再流焊后含有特征：
含有很好焊接强度，确保不会因振动等原因出现元器件脱落。
焊后残留物稳定性能好，无腐蚀，有较高绝缘电阻，且清洗性好。
焊膏选择
焊膏选择关键依据工艺条件，使用要求及焊膏性能。能够参考以下几点来选择不一样焊膏：
含有优异保留稳定性。
含有良好印刷性（流动性、脱版性、连续印刷性）等。
印刷后在长时间内对SMD持有一定粘合性。
焊接后能得到良好接合状态（焊点）。
其焊接成份，具高绝缘性，低腐蚀性。
对焊接后焊剂残渣有良好清洗性，清洗后不可留有残渣成份。
焊膏申购
焊膏应依据需要提前2周采购，由工程师依据产品确定焊膏型号和数量，报项目经理同意后购置，通常1—2周内到货。另外，如批量生产需要较多焊膏，应确保有最少1周焊膏使用量，通常为8罐左右，提前购置。
焊膏使用和贮存注意事顶
焊膏购置到货后，应登记抵达时间、保质期、型号，并为每罐焊膏编号。
焊膏应以密封形式保留在恒温、恒湿冰箱内，温度在约为（2—10）0C，温度过高，焊剂和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00C），焊剂中松香会产生结晶现象，使焊膏形状恶化。
焊膏使用时，应提前最少2小时从冰箱中取出，写下时间、编号、使用者、应用产品，并密封置于室温下，待焊膏达成室温时打开瓶盖。假如在低温下打开，轻易吸收水汽，再流焊时轻易产行锡珠。注意：不能把焊膏置于热风器、空调等旁边加速它升温。
焊膏开封后，应最少用搅拌机或手工搅拌5分钟，使焊膏中各成份均匀，降低焊膏粘度。注意：用搅拌机进行搅拌时，搅拌频率要慢，大约1—2转/秒钟。
焊膏置于漏版本上超出30分钟未使用时，应先用丝印机搅拌功效搅拌后再使用。若中间间隔时间较长，应将焊膏重新放回罐中并盖紧瓶盖，再次使用应按4）进行操作。
依据印制板幅面及焊点多少，决定第一次加到漏版上焊膏量，通常第一次加200—300克，印刷一段时间后再合适加入一点。
焊膏印刷后应在二十四小时内贴装完，超出时间应把焊膏清洗后重新印刷。
焊膏开封后，标准上应在当日内一次用完，超出时间使用期焊膏绝对不能使用。
从漏版上刮回焊膏也应密封冷藏。
10）焊膏印刷时间最好温度为250C±30C，温度以相对湿度60％为宜。温度过高，焊膏轻易吸收水汽，在再流焊时产生锡珠。
焊膏涂布
涂布焊膏方法关键有三种：注射滴涂、丝网印刷和漏版印刷。注射滴涂是采取专门分配器（Dispensor）或手工来进行，采取桶状焊膏，通常适合小批量生产。丝网印刷是采取尼龙或不锈钢丝状材料编成丝网，并在上面刻出图形，把焊膏漏印到PCB板上，通常适合组装密度不高中小批量生产。而我们最常见到是漏版印刷，采取黄铜或不锈钢钢片，在上面刻出图形，把焊膏印刷到PCB板上。漏版制作有三种方法：蚀刻、激光和电铸法。电铸法。电铸法因为加工成本高，在中国还没有流行，蚀刻法因为其弱点，通常只能用0.5mm间距以上产品，激光法因为精度高，孔壁光滑，轻易脱模，价格比电铸法廉价，比蚀刻法也贵不了多少，尤其最近厂家采取在孔壁上抛光立方法，去除了毛刺，所以最近应用较广，它适合0.3mm以上间距印刷。激光漏版通常采取0.05—1.00mm钢片制作，常见厚度为0.12mm—0.2mm之间。现在也有使用聚脂片制作，孔壁没有毛刺，使用橡胶刀，寿命也很长，但制作成本很高。中国极少使用。
焊接不良因及处理方法
焊膏质量、印刷和再流焊等很多原因可能引发焊接不良，据统计，大约有70％以上缺点是和焊膏印刷和再流焊过程相关。表五列出了部分常见缺点和处理方法。
焊膏再利用和报废
标准上，焊膏在开封后必需在一天之内用完，不然剩下焊膏就不能再使用，不过依据我们现在经验，还是能够做焊膏再利用，能够参考以下几点来使用：
对于通信类高科技产品和中试项目，考虑到它们要求较高，通常使用新焊膏，且应该在使用期之内。
对于民用产品和要求不高简单产品，能够使用上面产品使用剩下焊膏。
焊膏在使用以后，焊剂含量会降低，所以能够在里面加入一点焊剂能够显著改善其将效果。
使用期外焊膏不可使用，但未开封能够用到民用产品或要求不高产品中，依据需要在其中加入少许焊剂。
使用期外剩焊膏能够申请报废，报废程序是先由操作工通知工程师，并填写焊膏报废申请单，由主任同意后即可报废。注意：报废后焊膏应放置在指定容器中，不可随便当垃圾处理以免污染环境。
表5 焊接缺点和处理方法
缺点
原因
对策

桥接
焊膏塌落
焊膏太多
加速度过快
增加焊膏金属含量或粘度、换焊膏
降低刮刀压力
调整回流焊温度曲线

虚焊
元件和焊盘可焊性差
再流焊温度和升温速度不妥
印刷参数不正确
加强对PCB和元件筛选
调整回流焊温度曲线
减小焊膏粘度，改变刮刀压力和速度

锡珠
加热速度过快
焊膏吸收了水分
焊膏被氧化
PCB焊盘污染
元器件安放压力过大
焊膏过多
调整回流焊温度曲线
降低环境湿度
采取新焊膏，缩短预热时间
增加焊膏活性
降低压力
降低刮刀压力

冷焊
加热温度不适合
焊膏变质
预热过分，时间过长或温度过高
调整回流焊温度曲线
换新焊膏
改善预热条件
焊膏塌落
焊膏粘度低触变性差
环境温度高
选择适宜焊膏
控制环境温度

焊点锡少
焊膏不够
焊盘和元器件可焊性差
再流焊时间少
增厚漏版，增加刮刀压力
改善可焊性
增加再流焊时间
焊点锡多
漏版开口过大
焊膏粘度小
减小漏版开口
增加焊膏粘度

元件竖立
安放位置移位
焊膏中焊剂使元件浮起
印刷焊膏厚度不够
加热速度过快且不均匀
焊盘设计不合理
元件可焊性差
采取了Sn63Pb37焊膏
调整印刷参数和安放位置
采取焊剂量少焊膏
增加印刷厚度
调整回流焊温度曲线
合理设计焊盘
采取含银和铋焊膏
选择可焊性好焊膏

元件移位
安放位置不对
焊膏量不够或安放压力不够
焊膏中焊剂量过多
校准元件位置
加大焊膏量和安放压力
增加焊膏中焊剂量