錫膏(solder paste)的基本知識介紹
錫粉(Powder)
錫粉也就是金屬合金,主要用途在體現焊接的強度,其主要成份包含有下列幾種:Sn(錫 )、Ag(銀)、Cu(銅)、Bi(鉍)。
錫粉會(huì )因為不同錫膏的編號而有不同成分及比率組成,但既使是相同的編號但廠(chǎng)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(zhuān)利,有些則是自己的獨門(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,而且根據不同的錫粉大小給出了錫粉的編號,可是這個(gè)錫粉大小的編號老實(shí)說(shuō)并沒(méi)有統一,只是各家廠(chǎng)牌大概都使用號碼越小的顆粒越大的默契。
錫粉的編號及直徑尺寸大致如下,下表依據【IPC J-STD-006A】,但各家錫膏供貨商其實(shí)會(huì )有其他錫粉的編號規格,比如說(shuō)為了因應需求而有Type4.5或Type7、Type8,規范之外的規格可能各家就會(huì )有些許的不同
錫粉的直徑越小,基本上落錫量就越好。 因為顆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,潤濕的效果也較好。
但錫粉越小也越容易氧化,可能需要輔以氮氣(N2)來(lái)降低其氧化的速度達到良好的吃錫效果,尤其是使用5號以上焊接大焊墊的零件(如屏蔽框)時(shí)。 這是因為錫粉越小,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,而且還得規定錫膏顆粒的均勻度。
一般SMT貼焊時(shí)大多采用3號錫粉,而細間距或小型焊墊的貼焊則采用4號錫粉。 Type5及Type6的錫粉通常用在【Flip Chip】或【CSP】的bump上。 錫粉的價(jià)錢(qián)也是越小越貴,因為越不容易制造出來(lái)。
我們雖然不希望錫膏有氧化的現象,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。 因為相同的純金屬擺放在一起會(huì )產(chǎn)生互相融合的問(wèn)題,就叫作「物以類(lèi)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,因為助焊劑內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)鉛錫膏采用Resin,松香可以在被焊金屬的表面形成保護層以隔絕空氣,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%。
主要成分為有機酸、鹵素,具有強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,為符合現今的環(huán)保需求,無(wú)鹵錫膏已經(jīng)是一種趨勢,只是其脫氧化能力超強且便宜,所以現在還是經(jīng)常被使用于某些錫膏當中,
溶劑(solvent):30%。
包含乙醇、水等成份。 這些溶劑在錫膏的預熱過(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),讓助焊劑的涂布可以更均勻,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)計算其比率,錫粉與助焊劑的比率大約90%:10%,因為錫粉比較重;但是如果以體積來(lái)計算其比率,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算。