焊锡膏基础知识FOXCONN

1、Foxconn Technology Group,SMT Technology Development Committee,SMT Technology Center SMT 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,錫膏是一種均勻的焊料合金粉末和穩定的助焊劑按一定的比例均勻混合而成的膏狀體.在焊接時可以使表面組裝元器件的引線或端點與印製板上焊盤形成合金性連接。這種物質極適合表面貼裝的自動化生產的可靠性焊接,是現電子業高科技的產物。,錫膏的定義:,一.錫膏的定義,英文名稱:SOLDER PAS

2、TE,錫粉通常是由氮氣霧化或轉碟法製造,後經絲網篩選而成. 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,錫膏的組成:,錫膏=錫粉(METAL)+助焊劑(FLUX),重量與體積的關係: flux metal 重量比 10 90 體積比 50 50 V=W/S S:比重,二.錫膏的組成,錫膏的組成:,10助焊膏和90錫粉的重量比(一般情況下),二.錫膏的組成,錫膏的組成:,錫合金粉,90%,助焊膏,10%,50助焊膏與50錫粉的體積比,二.錫膏的組成,錫膏的組成:,錫合金粉,50%,助焊膏,50%,錫膏中金屬的含

3、量決定著焊縫的尺寸。隨著金屬所占百分含量的增加，焊縫尺寸也增加。但在給定黏度下，隨金屬含量的增加，焊料的橋連的傾向也相應增大。 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於印刷的錫膏中金屬含量百分比從最少的85到最多的92區間內分佈用於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,錫膏的組成:,助焊劑主要有三大類型： R型 （松香焊劑） RMA型（適度活化的松香） RA型 （全部活化的松香）。 助焊劑是錫膏載體的主要組分之一，現有的錫膏一般採用的是RMA型助焊劑以松香和稱為活化劑的鹽溶液組成的。這種焊劑靠鹽啟動，適合於消除輕微的氧化膜及其它污染，增加了熔化的焊料與焊盤

4、、元件端焊頭或孔線之間的潤濕作用。它還可以作為回流焊之前的臨時性粘合劑，使表面貼裝器件在放置和傳送過程中，始終固定在相應位置而不發生偏移，有些品牌的貼片機特別是高速貼片機，由於貼裝速度快，貼片頭和印刷板均要高速移動，此時這種特性尤為重要。,錫膏的組成:,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),低溫應用: Sn43/Pb43/Bi14 Sn42/Bi58 高溫、無鉛、高張力: Sn96/Ag4 Sn95/Sb5 Sn96.5/A

5、g3.0/Cu0.5 Sn95.5/Ag3.8/Cu0.7 高溫、高張力、低價值: Sn10/Pb90 Sn10/Pb88/Ag2 Sn5/Pb93.5/Ag1.5,三.錫膏的分類,免洗（NC） 水洗（WS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,常用的為免清洗型錫膏，在要求比較高的產品中可以使用需清洗的的錫膏,各類型之成分比較:,RA和RMA 配方是相似的。然而，RA 含有鹵化物活性劑。 水溶性助焊劑含有高的活化劑。 免洗類似於RA、RMA，除在松香樹脂含量上不同。

6、其它成份是表面活化劑、增稠劑、增韌劑等,三.錫膏的分類,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,合金類型 錫粉顆粒 助焊劑類型 (殘餘物的去除),四.錫膏的參數,錫膏的主要參數:,溫度範圍 a 固相 b 液相 基質相容性 焊接強度（結合力）,四.錫膏的參數,1.合金參數:,錫鉛合金的二元金相圖,A 共熔組成在Pb37/Sn63合金,此是固態與 液態直來直往的,無漿狀存在，且熔點低在183 C 。 B 純鉛的MP為327 C ，純錫232 C ，當形成合金時，則其MP下降以共晶點為最低。,四.錫膏的參數,電子應用方面(含鉛）超過90%的是： Sn63/Pb37

7、 、Sn62/Pb36/Ag2 、或 Sn60/Pb40 2%的銀合金隨含Ag引腳和焊墊應用的增加而增加。 銀合金常用於錫鉛合金產生弱粘合的場合,四.錫膏的參數,常用合金:,四.錫膏的參數,常用合金:,美國NEMI Sn-3.9Ag-0.6Cu (SAC396),日本JEIDA Sn-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 % Cu Melting Point 217,四.錫膏的參數,常用合金:,含鉛合金組成,無鉛合金組成,四.錫膏的參數,錫粉顆粒直徑大小 顆粒形

8、狀 大小分佈 氧化比率,四.錫膏的參數,2.錫粉參數:,a.錫粉顆粒直徑大小:,電鏡掃描 IPC J-STD-006 定義球形錫粉的直徑尺寸是長寬比率小於1.5倍,Optimum,四.錫膏的參數,焊料粉末的形狀決著粉末的氧化物含量，也決定著錫膏的可印性。球形焊料粉末在給定體積下總表面積最小，減少了可能發生的表面氧化的面積，球形的錫膏顆粒要比其它任何形狀的顆粒更容易通過網版或者鋼版並且一致性好，為使錫膏具備優良的印刷性能創造了條件。借助錫膏黏度測試儀可以從顯示器上檢測到錫粉末的形狀。,四.錫膏的參數,b.錫粉顆粒形狀:,Good Poor,四.錫膏的參數,b.錫粉顆粒形狀:,愈圓愈好 愈小愈均勻

9、愈好(流動性佳,成形佳) 氧化層愈薄愈好,焊料顆粒的尺寸一般為-200目/+325目，即至少99重量百分比的粉末顆粒能通過200（孔/in2）目的網，少於20重量百分比的粉末顆粒能通過325目的網，該尺寸以外的顆粒以不多於10為宜。在有0.5mm腳間距的器件印刷焊膏時，焊料顆粒尺寸應比常規小，可以選用顆粒尺寸是-300目+500目的焊膏。,四.錫膏的參數,c.錫粉大小分佈:,粉粒等級 網眼大小 顆粒大小 間距 mil IPC TYPE 2 -200+325 45-75微米 5030 IPC TYPE 3 -325+500 25-45微米 3015 IPC TYPE 4 -400+635 20-

10、38微米 15 2型用於標準的SMT，間距為50mil，當間距小到30mil時，必須用3型焊膏 3型用於小間距技術（30mil-15mil）,在間距為15mil或更小時，要用4型焊膏這即是UFPT（極小間距技術）,b.錫粉顆粒形狀:,四.錫膏的參數,Mesh,四.錫膏的參數,b.錫粉顆粒形狀:,Mesh Concept,b.錫粉顆粒形狀:,四.錫膏的參數,錫膏規範錫粉粒子分成六種類型：,四.錫膏的參數,錫粉表面氧化重量測試 錫粉稱重 樣品熔化 去除焊劑及雜質 稱重餘量 換算比 Type 3小於 0.17%,四.錫膏的參數,d.錫粉氧化比率:,四.錫膏的參數,d.錫粉氧化比率:,1.) 有機類:

11、 其助焊效果較佳,但若使用失當易造成過度的腐蝕,故在使用上多採清洗作業,以減低腐蝕程度,此類代表含有機酸 ( 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之活性流,其助焊效果較R-type為強. (c).活性松香RA type ( rosi

12、n 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表面張力以增加焊錫性 防止加熱過程中再氧化 說 明

13、:溶劑蒸發 受熱,焊劑覆蓋在基材和焊料表面,使傳熱均勻 放出活化劑與基材表面的離子狀態的氧化物反應,去除氧化膜 使熔融焊料表面張力小,潤濕良好 覆蓋在高溫焊料表面,控制氧化改善焊點品質.,四.錫膏的參數,1.)助焊劑之作用,LIQUID : Solvent (溶劑),SOLIDS : Rosin ( 松香 ) Activator (活化劑) Thixotropic agent (觸媒),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

14、塌陷 黏滯力 殘留物之顏色 印刷能力 ICT 測試能力,ROSIN之職責:,(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,在使用時塗布更均勻, 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,

15、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.)助焊劑之組成,Thixotropic agent之職責:,黏度 印刷能力 防止塌陷 ODOR,錫膏添加劑,鹵化物：去除銅面氧化物（活化劑） 中性有機酸：活化錫鉛表面（活化劑） 胺類：活化銀表面（活化劑） 有機酸：高溫下配合FLUX除汙（活化劑） 氯化物：活性強過RMA（活化劑） 溶劑：溶解固化物、活性劑，需有揮發性（坍塌、空洞、危害人體） 黏度改質劑（觸變劑）：印刷成型 潤濕劑：Solder Paste與PAD間的易接觸，便於殘渣清洗 增黏劑：保持貼片後REFLOW前的黏性 防氧化劑：防錫粉氧化，

16、屬酚類 表面活劑：降低焊劑的表面張力，增加焊劑對焊粉和焊墊的親潤性 其它添加劑：錫膏製造商的專利,四.錫膏的參數,具一定的化學活性 具有良好的熱穩定性 具有良好的潤濕性 對焊料的擴展具有促進作用 留存於基板的焊劑殘渣,對基板無腐蝕性 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,以免板子引起後患. SIR (Surface insulation resistance)

17、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:,銅鏡測試：測助焊劑腐蝕性的強弱，敷在長方形的玻璃（專制）23C 2C 50%5%RH。 鉻酸銀試：測氯化物或溴化物的存在，白色或淡黃色表示有，如有胺類影響需先以PH試紙測驗PH3。 金屬含量：IPC-SP-819規定75-92%誤差1%內。稱熔融前後的重量。 黏度測試：Brookfield及Malcolm測量計測量。單位centipoise (CPS)。深度5cm25 C 0.25C回溫4HS。Brookfield轉速5RPM旋漿下沉2.8cm轉10分鐘，取最後兩個的平均值。,五.錫膏的測試,錫膏的品質測試

18、:,坍塌測試： 測在室溫中及在熔焊中，印著形態的保持。印在毛玻璃上3個直徑0.65cm,厚度0.25mm兩塊，分別置於25 C 5 C ，50%RH50-70分鐘及5-10分鐘後置於100 C 5 C ，102分鐘，不可增大原形的10（IPC-SP-819）。 錫球測試：檢查錫膏熔焊後能否形成一個大球體而不夾雜小球體或 碎葉。坍塌試驗後的板在20秒內熔化，以20-30倍放大鏡，中央主球體直徑大於90mil(2.3mm),小球徑70。,五.錫膏的測試,錫膏的品質測試:, 合金粉末的顆粒大小及形狀； 金屬粉末的含量； 焊劑類型； 焊膏的穩定性。,六.錫膏的選擇,錫膏選擇的基本原則是：,六.錫膏的選

19、擇,錫膏的選用 ：,錫膏的選用主要根據工藝條件，使用要求及錫膏的性能。可以參考以下幾點來選用不同的錫膏 具有良好的印刷性（流動性、脫版性、連續印刷性） 印刷後在長時間內對SMD持有一定的粘合性。 焊接後能得到良好的接合狀態（焊點）。 其殘留成分，具高絕緣性，低腐蝕性。 對焊接後的焊劑殘渣有良好的清洗性，清洗後不可留有殘渣成分。 具有優異的保存穩定性。,影響印刷過程的幾個參數是 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於黏滯度的測量布魯克菲爾德和

20、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於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,錫膏的選用 ：,錫膏的穩定性,錫膏在印刷後到回流焊前，要經過傳輸、貼片等工藝，錫膏在空氣中有一段停留時間。另外，工作環境溫度有時也有波動，而且在新品項目試生產過程中，由於貼片機供料器可器件封裝形式等問題，有些器件要求手工進行貼放，因此錫膏在空氣中停留的時間相對更長一些，這就要求錫膏的穩定性要好，焊劑的損失要慢，工作壽命要長。,六.錫膏的選擇,錫膏的選用 ：,七.錫膏的儲存,焊膏購買到貨後，應登記到達時間、保質期、型號，並為每罐焊膏編號。 焊膏應以密封形式保存在恒溫、恒濕的專用冷藏櫃內，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. 溫度在約為（210) C ，溫度過高，焊劑與合金焊料粉起化學反應，使粘度上升影響其印刷性；溫度過低（低於0 C ），焊劑中的松香會產生結晶現象，使焊膏形狀惡化。這樣在解凍上會危及錫膏的流變特徵。 一般保存時間