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PCBA大講堂:介紹認(rèn)識(shí)【錫膏(solder paste)】的基本知識(shí)

發(fā)布時(shí)間 :2016-07-20 14:22 閱讀 : 來(lái)源 :技術(shù)文章責(zé)任編輯 :深圳宏力捷PCBA部
介紹認(rèn)識(shí)【錫膏(solder paste)】的基本知識(shí)
錫膏是現(xiàn)在科技進(jìn)步不可或缺的材料之一,它被用來(lái)焊接電子零件于電路板上,讓我們有機(jī)會(huì)享受日新月異的電子產(chǎn)品。也因?yàn)橛绣a膏的發(fā)明間接促成了PCBA電子組裝科技的極小化,讓原本大如磚頭的大哥大可以變身為口袋裝得下的智慧型手機(jī)。
而錫膏之所以被稱之為「膏」,則是因?yàn)樗覀兠刻炷脕?lái)刷牙的牙膏還真有點(diǎn)像,在融錫焊接以前,它可以用來(lái)黏住放在電路板表面的電子零件,讓些零件既使在些微的振動(dòng)下也不至于移動(dòng)位置;當(dāng)然其最大的作用就是用來(lái)將電子零件焊接于電路板,達(dá)到電子訊號(hào)連通的目的。
可是你知道在你平??吹降倪@些錫膏,其主要成份除了「錫」之外,還有些什么其他的東西在里面嗎?
 
錫膏的成份主要可以分為助焊劑(flux)錫粉(powder)兩大部分。
錫粉(Powder)
錫粉也就是金屬合金,主要用途在體現(xiàn)焊接的強(qiáng)度,其主要成份包含有下列幾種:
? Sn(錫 )
? Ag(銀)
? Cu(銅)
? Bi(鉍)
錫粉會(huì)因?yàn)椴煌a膏的編號(hào)而有不同成分及比率組成,但既使是相同的編號(hào)但廠牌不一樣,其成份也會(huì)有些許的不一樣,有些可能是為了避開(kāi)專利,有些則是自己的獨(dú)門(mén)秘方。以目前最多人使用的SAC305為例,就是使用錫(Sn,96.5%)、銀(Ag,3%)、銅(Cu,0.5%)比率的錫膏;而SAC0307,則是使用錫(Sn,99%)、銀(Ag,0.3%)、銅(Cu,0.7%)比率的錫膏。
錫粉除了成份不一樣之外,錫粉的顆粒大小也有不同,而且根據(jù)不同的錫粉大小給出了錫粉的編號(hào),可是這個(gè)錫粉大小的編號(hào)老實(shí)說(shuō)并沒(méi)有統(tǒng)一,只是各家廠牌大概都使用號(hào)碼越小的顆粒越大的默契。
錫粉的編號(hào)及直徑尺寸大致如下,下表依據(jù)【IPC J-STD-006A】,但各家錫膏供應(yīng)商其實(shí)會(huì)有其他錫粉的編號(hào)規(guī)格,比如說(shuō)為了因應(yīng)需求而有Type4.5或Type7、Type8,規(guī)范之外的規(guī)格可能各家就會(huì)有些許的不同:
編號(hào) None Larger than Less than 1% Larger than 80% Minimum Between 10% Maximum Less Than
1 160um 150um 75~150um 20um
2 80um 75um 45~75um 20um
3 50um 45um 25~45um 20um
4 40um 38um 20~38um 20um
5 30um 25um 15~25um 15um
6 20um 15um 5~15um 5um
錫粉的直徑越小,基本上落錫量就越好。因?yàn)轭w粒小就越容易滾落下鋼板的開(kāi)口,也就是說(shuō)越容易透過(guò)鋼板印刷于電路板上,而且較不易殘留于鋼板上開(kāi)口邊緣,有助提高細(xì)間距零件的印刷能力,也比較能夠獲得一致性的錫膏印刷量;而且較小的錫粉也較能提高其耐坍塌性,潤(rùn)濕的效果也較好。
錫粉越小越容易氧化,可能需要輔以氮?dú)?N2)來(lái)降低其氧化的速度達(dá)到良好的吃錫效果,尤其是使用5號(hào)以上焊接大焊墊的零件(如屏蔽框)時(shí)。這是因?yàn)殄a粉越小,其與空氣接觸的面積就越大,所以也就越容易氧化。所以挑選錫膏時(shí)并不是錫粉的顆粒越小就越好,而是要視產(chǎn)品的需求來(lái)決定,而且還得規(guī)定錫膏顆粒的均勻度。
一般SMT貼焊時(shí)大多采用3號(hào)錫粉,而細(xì)間距或小型焊墊的貼焊則采用4號(hào)錫粉。Type5及Type6的錫粉通常用在【Flip Chip】或【CSP】的bump上。錫粉的價(jià)錢也是越小越貴,因?yàn)樵讲蝗菀籽u造出來(lái)。
我們雖然不希望錫膏有氧化的現(xiàn)象,但錫膏再怎么處理還是會(huì)有些氧化的殘留,尤其是在金屬顆粒表面上的些微氧化反而可以防止錫膏在還沒(méi)正式印刷于電路板前就自相融合在一起了。因?yàn)橄嗤募兘饘贁[放在一起會(huì)產(chǎn)生互相融合的問(wèn)題,就叫作「物以類聚」吧。
氧化基本上有三要素:溫度、空氣、水。
錫粉的外形有球形及橢圓形兩種,球形印刷適用范圍廣,表面積小,氧化度低,焊點(diǎn)光亮;橢圓形則較差。
 
助焊劑(Flux)
助焊劑其實(shí)就是將錫膏變成膏狀的最大推手,因?yàn)橹竸﹥?nèi)含溶劑可以將所有的物質(zhì)混合在一起成為膏狀。
而「助焊劑」的用途與主要功能則在去除金屬表面的氧化物及臟東西,而且于高溫作業(yè)時(shí)可以在金屬的表面形成薄膜以隔絕空氣,讓錫膏不易氧化,其組成主要包括下列四種成份:
? 樹(shù)脂松香:40~50%。 
可分成天然樹(shù)脂(Rosin)或是人工合成的松香(Resin),通常有鉛錫膏使用Rosin,而無(wú)鉛錫膏採(cǎi)用Resin,松香可以在被焊金屬的表面形成保護(hù)層以隔絕空氣,所以可以氧化,帶有黏性,略具清潔金屬表面的能力。
? 活性劑(activator):2~5%。 
主要成分為有機(jī)酸、鹵素,具有強(qiáng)力清潔金屬表面的能力,常用于回流焊過(guò)程中作為清潔劑之用,可溶解金屬表面的氧化物,提高焊接效果。鹵素具有劇毒,為符合現(xiàn)今的環(huán)保需求,無(wú)鹵錫膏已經(jīng)是一種趨勢(shì),只是其去氧化能力超強(qiáng)且便宜,所以現(xiàn)在還是經(jīng)常被使用于某些錫膏當(dāng)中,
? 溶劑(solvent):30%。 
包含乙醇、水等成份。這些溶劑在錫膏的預(yù)熱過(guò)程中就蒸發(fā)掉了,所以并不會(huì)影響到整個(gè)錫膏的焊錫性,它可以幫助溶解并混合助焊劑中的不同化學(xué)物質(zhì),讓助焊劑的涂佈可以更均勻,提升助焊劑的效果,它也讓助焊劑更易于受到人們的掌握,可以用來(lái)控制錫膏的黏度及流動(dòng)性。如果回焊的預(yù)熱溫度升溫太快,可能會(huì)立即煮沸這些溶劑并造成錫膏噴濺的問(wèn)題。
? 增稠劑(rheology modifier):5%。 
提供觸變性(thixotropy)或搖變性,用以控制錫膏的黏度,增強(qiáng)錫膏的抗坍塌性,讓錫膏印刷于電路板后仍能保持原有的形狀不至于攤它致造成短路。
另外,還有一件事必須提醒您的,錫膏如果以重量來(lái)計(jì)算其比率,錫粉與助焊劑的比率大約90%:10%,因?yàn)殄a粉比較重;但是如果以體積來(lái)計(jì)算其比率,則錫粉與助焊劑的比率大約50%:50%,這個(gè)會(huì)影響到焊接后錫膏量的計(jì)算。


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