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锡膏使用手册

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2020年4月19日
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目录
第一章 锡膏的定义.....................................................3
第二章 锡膏的组成 ....................................................3
第三章 锡膏的合金种类.................................................3
第四章 锡膏中助焊剂.........................3
第五章 锡膏的分类 ....................................................4
5.1普通松香清洗型...................................................4
5.2免清洗型焊锡膏...................................................4
5.3水溶性锡膏.......................................................4
第六章 锡膏的品质.4
6.1粘度.............................................................4
6.2触变指数与塌落度.................................................4
6.3细分成分及焊剂组成...............................................4
6.4焊粉颗粒尺寸、形状、分离....................................4
6.5合金粉末形状.....................................................4
第七章 锡膏的选择.....................................................5
7.1合金成分.........................................................5
7.2锡膏粘度.........................................................6
7.3目数......................6
7.4助焊剂...........................................................6
7.5颗粒度选择.......................................................6
7.6所需特性.........................................................8
第八章 锡膏的存储及使用环境..........................................9
第一章 锡膏的定义
锡膏是由焊料合金粉末与助焊剂载体系统按照一定比例均匀混合而成的浆状固体；锡膏的粘度具有流变特性，即在剪切力作用下粘度减小以利于印刷，而印刷之后粘度恢复，从而在再流焊之前起到固定电子元器件的作用。
在再流焊过程中焊料合金粉末熔化，在助焊剂去除氧化膜的辅助作用下润饰电子元器件外引线段和印刷电路板焊盘金属表面并发生反应，最终形成二者之间的机械连接和电连接。

第二章 锡膏的组成
由合金粉末与助焊剂组成。
助焊剂又由活化剂，粘结剂，润湿剂，溶剂，触变剂与其它添加剂等组成。

第三章 锡膏的合金种类
金属成份：含银锡膏（Sn62/Pb36/Ag2），不含银锡膏（Sn63/ Pb37)，含铋锡膏（Bi14/Sn43/Pb43)和无铅锡膏(Sn-Ag、Sn-Zn、Sn-Bi系列)。

第四章 锡膏中助焊剂
1.焊剂分为三大类：松香型焊剂、合成树脂型焊剂以及水溶性焊剂。
2.根据活性度的不同，松香型焊剂能够分为 三种类型：R 型（松香焊剂）、RMA 型（弱活性焊剂）和 RA 型（活性焊剂）。
三种焊剂特点如下：
焊剂类型
特点
R 型/ROL 型
（非活性松香/松香活性低） 非活性焊剂，无腐蚀性。
RMA 型/ROM 型
（中度活性松香/松香活性中等） 弱活性焊剂，无腐蚀性，比 R 型具有更佳的焊接性。
RA 型/ROH 型
（活性松香/松香活性高）
強活性焊剂，比 R 和 RMA 型具有更佳的焊接性，可是腐蚀性较强。
3. 锡膏中助焊剂成分的作用 ：
活化剂：元器件和电路的机械和电气连接
粘接剂：提供贴装元器件所需的粘性
润湿剂：增加焊膏和被焊件之间润湿性
溶剂：增加焊特性
触变剂：改进焊膏的触变性
其它添加剂：改进焊膏的抗腐蚀性、焊点的光亮度及阻燃性能等 。

第五章 锡膏的分类
5.1普通松香清洗型[分RA（ROSIN ACTIVATED ）及RMA（ROSIN MILDLY ACTIVATED）]
此种类型锡膏在焊接过程中表现出较好“上锡速度”并能保证良好的“焊接效果”；在焊接工作完成后，PCB表面松香残留相对较多，可用适当清洗剂清洗，清洗后板面光洁无残留，保证了清洗后的板面具有良好的绝缘阻抗，并能经过各种电气性能的技术检测。
5.2免清洗型焊锡膏[NC（NO CLEAN）]
此种锡膏焊接完成后，PCB板面较为光洁、残留少，可经过各种电气性能技术检测，不需要再次清洗，在保证焊接品质的同时缩短了生产流程，加快了生产进度。
5.3水溶性锡膏[WMA（WATER SOLUBLE PASTES）]
早期生产的锡膏因技术上的原因，PCB板面残留普遍过多，电气性能不够理想，严重影响了产品品质；当时多用CFC清洗剂来清洗因CFC对环保不利，许多国家已禁用；为了适应市场的需求，应运产生了水溶性焊锡膏，此种锡膏焊接工作完成后它的残留物可用水清洗干净，既降低了客户的生产成本，又符合环保的要求。

第六章 锡膏的品质
6.1粘度
固晶锡膏是一种触变性流体，在外力的作用下能产生流动。粘度是固晶锡膏的主要特性指标，它是影响印刷性能的重要因素：粘度太大，固晶锡膏不易穿出模板的漏孔，印出的图形残缺不全，影响锡膏粘度的主要因素：锡粉粉的百分含量：合金含量高，粘度就大。
6.2触变指数和塌落度
固晶锡膏是触变性流体，固晶锡膏的塌落度主要与锡膏的粘度和触变性有关。触变指数高，塌落度小；触变指数低，塌落度大。
6.3锡粉成份、助剂组成
锡粉成份、焊剂的组成以及锡粉与焊剂的配比是决定锡膏熔点、印刷性、可焊性及焊点质量的关键参数。一般要求锡粉合金组分尽量达到共晶或近共晶。锡粉与焊剂的配比是以锡粉在锡膏中的重量百分含量来表示。
6.4.锡粉颗粒尺寸、形状和分布
锡粉颗粒的尺寸、形状及其均匀性是影响锡膏性能的重要参数，影响固晶锡膏的印刷性、脱摸性和可焊性。细小颗粒的锡膏印刷性比较好，特别对于高密度、窄间距的产品。
6.5合金粉末的形状
合金粉末的形状也会影响固晶锡膏的印刷性、脱摸性和可焊性。球形颗粒的合金粉末组成的锡膏粘度较低，印刷后锡膏图形容易塌落，印刷性好，适用范围广，特别适用于高密度窄间距的丝网与金属模板印刷，同时适用于滴涂工艺。

第七章 锡膏的选择
7.1 合金成分
锡膏的合金成分直接影响到焊接温度、可焊性、焊点等机电性能.一般在锡膏的产品手册中会注明产品规格、产品特性、BELLCORE AND J-STD 测试结果，能够据此先了解锡膏.当前最常见的锡膏合金成分及熔点见下表：
合金成分
熔点
SnAgCu
Sn3Ag0.5Cu(217～220 ℃)
Sn3.8Ag0.7Cu(217～219 ℃)
Sn4Ag0.5Cu(217～231 ℃)
SnAg
Sn3.5Ag(221 ℃)
SnSb
Sn5.0Sb(235～243 ℃)
SnAgCuBi
Sn2.5Ag0.5Cu1.0uB(214～221 ℃)
Sn1.3Ag0.5Cu0.8uBi(214～219 ℃)
Sn3.5Ag1.0C3.0uBi(208～213 ℃)
SnZnBi
Sn8.0Zn3.0Bi(186～197 ℃)
注:SAC(SnAgCu)合金是在SnAg的基础上加入Cu而成.经过比较多种合金配方形成焊点的机电性能，SAC合金由于各方面性能表现较为平衡受到欧、美、日权威机构的推荐，合金配方以Ag(3%～4%)Cu(0.5%～2%)为多，其中又以96.5%Sn、3%Ag、0.5%Cu和95.5%Sn、3.8%Ag0.7%Cu最多.可是该配方的缺点是焊接的实际温度需高达245 ℃左右，而且润湿性不理想，需要采用特殊的焊剂配方.使用者需要根据焊剂配方的改变和特定产品的使用情况，评估锡膏的可印性和焊点的可靠性。
7.2 锡膏的粘度
锡膏的粘度可理解为锡膏的流动阻力(单位“Pa•s”)，它直接影响焊接的效果.粘度低，锡膏流动性好，利于渗锡、工具免洗刷、省时，但成型不好，易引起桥连;粘度高，流动阻力大，能维持良好的锡膏形状，较适于细间距印刷，但容易堵塞网孔而引起少锡不良.而锡膏的粘度又随着温度、运动速度、暴露时间的变化而变化.因此需要综合考虑，将锡膏的粘度控制在合适的的范围内。
1) 锡膏的粘度随温度的降低而增大，反之减小.适宜的温度为(25±2.5) ℃，为此需对锡膏使用环境的温度进行管控。
2) 锡膏在钢网上印刷时的截面直径越大，粘度越大;反之，直径越小，粘度越小.但考虑到锡膏暴露在空气中时间过长会使其品质劣化，一般都采用10~15 mm的锡膏滚动直径。
3) 锡膏的粘度与其运动的角速度成反比.印刷速度越大，粘度越小，反之粘度越大.因此可经过适当调整刮刀速度来改进锡膏的粘度，从而改进锡膏的印刷状态.同样粘度会随着对锡膏的搅拌而改变，搅拌时粘度会有所降低，但略微静置后，其粘度会回复原状。
4) 刮刀角度也会影响锡膏的粘度.角度越大，粘度越大，反之粘度越小.一般采用45°或60°两种型号的刮刀。
综上所述，选用锡膏的粘度应与所使用工艺匹配，也能够经过工艺参数的调整改变其生产粘度.采用钢网漏印时锡膏的粘度应该在800～1 300 Pa•s.当前在0.4PITCH中使用的粘度是1 600 Pa•s。
7.3 目数
目数是指筛网每一平方英寸面积上的网孔数.锡膏目数指标越大，该锡膏中锡粉的颗粒直径就越小.反之当目数越小时，锡膏中锡粉的颗粒越大.数据关系见下表：
目数/MESH 200 250 325 500 625
颗粒度/µm 75 63 45 25 20
选择锡膏的时候应根据PCB上距离最小的焊点之间的间距来确定目数，大间距选择目数较小的锡膏，反之选择目数较大的锡膏.一般选择颗粒度直径约为模板开口的1/5以内.例如:0.4PITCH一般选择目数325～500 MESH，颗粒度25～45 µm。
7.4 助焊剂
每种锡膏的助焊剂成分各不相同，此为各厂商的技术机密，但在选择时并不需要知道具体的配方，只需考虑焊接的效力(润湿能力、传热能力、清洁表面能力)和焊剂的腐蚀性.理想的焊剂应该是高效力、低腐蚀性的.但效力和腐蚀性是两个对立的指标，焊剂的效力越高，它的腐蚀性就越大，反之焊剂的效力越低，它的腐蚀性也就越低.因此焊剂效力的选择要与使用的元器件、基材、工艺、现有清洗设备能力的配合性进行综合考虑。
7.5颗粒度选择
颗粒度类型
焊锡粉粒度范围
Sn-3Ag-0.5Cu 焊料颗粒
Sn-37Pb 焊料颗粒
类型 2
0.075mm 至0.045mm

类型 3
0.045mm 至0.020mm

类型 4
0.038mm 至0.020mm

类型 5
0.025mm 至0.010mm

n 引脚式：QFP、SOP 等
焊锡粉粒度范围
引脚节距(mm)
1.27
1
0.8
0.65
0.5
0.4
0.075 至0.045mm
√
√
√

0.045 至0.020mm

√
√
√

0.038 至0.020mm

√
√
√
0.025 至0.010mm

√
出处：千住金属工业株式会社
焊球、焊盘式：BGA、LGA 等
焊锡粉粒度范围
引脚节距(mm)
1.27
1
0.8
0.65
0.5
0.4
0.075 至0.045mm
√
√
√

0.045 至0.020mm

√
√

0.038 至0.020mm

√
√

0.025 至0.010mm

√
√
出处：千住金属工业株式会社
7.6所需特性
1) 回流前
制造后随时间的变化小；
印刷性和涂布性良好；
涂布后随时间的变化小（粘性保持时间长，形状不会崩塌）；
作为焊剂，与焊锡粉不会分离；
焊锡膏制造后，表面不会固化；
涂布后坍塌（渗出）少；
2) 回流后
焊接性好；
不良微小焊球少；
具有良好的清洗性，不留下焊剂残渣；
即使留下焊剂残渣，也可确保信赖性；
3) 选择时的注意点
在选择焊锡膏时，要注重其印刷性、焊桥和焊球以及清洗性等方面，请注意以下内容：
a) 印刷性
一般，选择焊料的粒径小于金属印刷板开口宽度的1/4 至1/5 的焊锡粉。
如果粘度过高，则会降低焊锡离板性能，发生焊锡不足；如果粘度过低，则可能会发生渗出或者焊锡坍塌因此，作为一般的印刷用途，建议粘度为200 Pa・s 至300Pa・s/25°C 左右（还要注意触变性）（Malcom 粘度计）。

各种不同用途的焊锡膏特性
用途
粘度（Pa・s/25°C）
焊锡膏分配器
100 至300
印刷
200至300
b) 焊桥和不良微小焊球
注意焊锡粉的氧化，选择粒度分布窄的焊锡粉。
选择焊剂内溶剂沸点低的焊锡膏，并选择松香分子量高和焊剂本身含量低的焊锡膏。
c) 清洗性
松香型焊剂在回流过程中发生氧化，造成对清洗剂的溶解性降低。因此应选择氧化性较强的松香类焊锡膏。
第八章 锡膏保存条件及使用控制
锡膏是一种比较敏感性的焊接材料、污染、氧化、吸潮都会使其产生不同程度变质；因此需对锡膏的保存条件及使用环节进行控制：
1）锡膏存放条件控制：
a)要求温度2℃~10℃相对湿度低于50%；
b)保存期为5~6个月，因此需根据锡膏的生产日期进行排列标记，并采用先进先用原则进行使用；对取用及存放均因实施规范化控制(存放及使用记录)。
2）使用及环境条件控制：
a)从冰箱取出锡膏后，不能够开盖，防止低温吸收空气中水分，且应让其自然升温解冻(不能够将锡膏放置在任何热源附近助其解冻)；
b)约3~4小时后，观察锡膏是否有分层现象；若有，则表明该锡膏已经有品质问题，需经检验合格后才能继续使用；
c)使用前应对罐装锡膏顺同一方向用机器搅拌4~5分钟；然后开盖判断锡膏的粘度(Viscosity)：用刮勺挑起一些锡膏，高出容器罐三、四英寸，让锡膏自行往下滴，如果开始时应该象稠的糖浆一样滑落而下，然后分段断裂落下到容器罐内，则表明粘度合适。如果锡膏不能滑落，则太稠，粘度太高；如果一直落下而没有断裂，则太稀，粘度太低。粘度太高或太低均应对锡膏进行调整(锡膏的标准粘度约为500kcps~1200kcps，800kcps比较适用于钢网丝印，而注射方式则要求粘度要较低方可)；
d)已开盖过的锡膏，原则上一天内用完，最长不超过厂家建议的放置时间；
e)根据印制板的幅面及焊点的多少，决定第一次加到网板上的焊膏量，一般第一次加200—300克，印刷一段时间后再适当加入一点，将锡膏在刀头上的滚动高度控制在1~3cm；
f)在钢网上放置超过30分钟未用的锡膏，若要继续使用，则应先将锡膏装入空罐子内用机器搅拌4~5分钟才能够，同时清洗钢网；
g)焊膏印刷后应在24小时内贴装完，超过时间应把PCB焊膏清洗后重新印刷；
h)批量丝印结束后，将钢网上用过锡膏装入空罐子内，下次优先使用，不可将其与新的或未使用的锡膏混合放置；
i)为防止助焊剂挥发，印锡膏工位空气流动要小；
j)焊膏印刷时间的最佳温度为23℃±3℃，温度以相对湿度55±5％为宜。湿度过高，焊膏容易吸收水汽，在再流焊时产生锡珠；因此，在天气湿度大时，要特别关注SMT的品质。另外，水溶性锡膏对环境要求特别严格，湿度必须低于70%。