摘 要
由锡膏产生的缺陷占SMT中缺陷的60％—70％，所以规范合理使用锡膏显得尤为重要。
本文结合本部门使用的经验来介绍锡膏的一些特性和使用储存的方法。
关键词 锡膏 网板 回流焊
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
随着回流焊技术的应用，锡膏已成为表面组装技术（SMT）中最要的制程材料，近年来获得飞速发展。在表面组装件的回流焊中，锡膏被用来实施表面组装元器件的引线或端点与印制板上焊盘的连接。
锡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的焊接质量和可靠性。
锡膏的构成
锡膏是一种均质混合物，由合金焊料粉，糊状焊剂和一些添加剂混合而成的具有一定黏性和良好触变性的膏状体。在常温下，锡膏可将电子元器件初黏在既定位置，当被加热到一定温度时（通常183ºC）随着溶剂和部分添加剂的挥发，合金粉的熔化，使被焊元器件和焊盘连在一起，冷却形成永久连接的焊点。对锡膏的要求是具有多种涂布方式，特别具有良好的印刷性能和回流焊性能，并在贮存时具有稳定性。
合金焊料粉
合金焊料粉是锡膏的主要成分，约占锡膏重量的85％—90％。常用的合金焊料粉有以下几种：
锡 – 铅（Sn – Pb）、锡 – 铅 – 银（Sn – Pb – Ag）、锡 – 铅 – 铋（Sn – Pb – Bi）等。
合金焊料粉的成分和配比以及合金粉的形状、粒度和表面氧化度对锡膏的性能影响很大，因此制造制程较高。
几种常用合金焊料粉的金属成分、熔点，最常用的合金成分为Sn63Pb3。
Sn63Pb37和Sn62Pb36Ag2,其中Sn63Pb37的熔点为183℃，共晶状态，掺入2％的银以后熔点为179℃，为共晶状态，它具有较好的物理特性和优良的焊接性能，且不具腐蚀性，适用范围广，加入银可提高焊点的机械强度。
合金焊料粉的形状：
合金焊料粉的形状可分为球形和椭圆形（无定形），它们对锡膏性能的影响见表1.由此可见，球形焊料具有良好的性能。常见合金焊料粉的颗粒度为（200/325）meal，对细间距印刷要求更细的金属颗粒度。合金焊料粉的表面氧化度与制造过程和形状、尺寸有关。相对而言，球状合金焊料粉的氧化度较小，通常氧化度应控制在0.5％以内，最好在10％—4％以下。
一般，由印刷钢板或网版的开口尺寸或注射器的口径来决定选择焊锡粉颗粒的大小和形状。
不同的焊盘尺寸和元器件引脚应选用不同颗粒度的焊料粉，不能都选用小颗粒，因为小颗粒有大得多的表面积，
使得焊剂在处理表面氧化时负担加重，表二为常用锡膏Sn62Pb36Ag2的物理特性。
表1 合金焊料粉的形状对锡膏性能的影响
球形 椭圆形
黏度 小 大
塌落度 大 小
印刷性 范围广，尤适合较细间距的丝网 适合网版及较粗间距的丝网
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锡膏的物理特性
合金成分 熔点（0C） 合金粉与焊剂比例（Wt） 合金粉颗粒度 合金粉形状 拉伸强度（Mpa） 黏度Pa.s） 焊剂中氯含量（Wt） 延伸率（％） 郦V?驾M
Sn62Pb36Ag2 179—180 85:15 300 球型和椭圆型混合 56.6 300 0
2.2 焊剂 2匥A6揸
在锡膏中，焊剂是合金焊料粉的载体，其主要的作用是清除被焊件以及合金焊料粉的表面氧化物，
使焊料迅速扩散并附着在被焊金属表面。
对焊剂的要求主要有以下几点：
a 焊剂与合金焊料粉要混合均匀；
b 要采用高沸点溶剂，防止回流焊时产行飞溅；
c 高黏度，使合金焊料粉与溶剂不会分层；
d 低吸湿性，防止因水蒸汽引起飞溅；
e 氯离子含量低。
焊剂的组成：通常，锡膏中的焊剂应包括以下几种成分：活性剂、成膜剂和胶黏剂、润湿剂、触变剂、溶剂和增稠剂以及其它各类添加剂。 6除谥綎??
焊剂的活性：对焊剂的活性必须控制，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起残留量的增加，甚至使腐蚀性增强，特别是对焊剂中的卤素含量更需严格控制，表3列出了三种不同的卤素含量对其性能的影响。 眵渡戓?恎
对免清洗锡膏，焊剂中卤素含量必须小于0.05％，甚至完全不含卤素，其活性主要靠加入有机酸来达到。
表3 不同卤素含量的焊剂
焊剂中卤素含量 特性
<0.05％ 润湿性不够好，黏度变化小，腐蚀性小
0.2％ 通常用于焊接Ag-Sn-Pb镀层的电极或焊盘
>0.4％ 用于Ni镀层合金的焊接，触变性差，残留在PCB上使稳定性变差，有强的腐蚀性
锡膏的组成及分类 L认?r蕗
锡膏中的合金焊料粉与焊剂的通用配比见表四。
表4 锡膏中焊料粉与焊剂的配比
成分 重量比（％） 体积比（％）
合金焊料粉 85—90 60—50
焊剂 15—10 40—50
其实，根据性能要求，焊剂的重量比还可扩大至8％—20％。锡膏中的焊剂的组成及含量对塌落度、黏度和触变性等影响很大。
金属含量较高（大于90％）时，可以改善锡膏的塌落度，有利于形成饱满的焊点，并且由于焊剂量相对较少可减少焊剂残留物，有效防止锡球的出现，缺点是对印刷和焊接制程要求较严格；金属含量较低（小于85%）时，印刷性好，锡膏不易黏刮刀，网版寿命长，润湿性好，此外加工较易，缺点是易塌落，易出现锡球和桥接等缺陷。对通常的回流焊制程，金属含量控制在88％—92％范围内，气相回流焊可控制在85％左右。对细间距元器件的回流焊，为避免塌落，金属含量可大于92％，
锡膏的分类可以按以下几种方法：
按熔点的高低分：一般高温锡膏为熔点大于250℃，低温锡膏熔点小于150℃，常用的锡膏熔点为179℃—183℃，
成分为Sn63Pb37和Sn62Pb36Ag2。
按焊剂的活性分：一般可分为无活性（R），中等活性（RMA）和活性（RA）锡膏。常用的为中等活性锡膏。
按清洗方式分为:有机溶剂清洗型，水清洗型，半水清洗型和免清洗型锡膏。常用的一般为免清洗型锡膏，
在要求比较高的产品中可以使用需清洗的的锡膏。
锡膏的应用特性
SMT对锡膏有以下要求：
应用前具有的特性：
锡膏应用前需具备以下特性：
具有较长的贮存寿命，在0—10℃下保存3 — 6个月。贮存时不会发生化学变化，也不会出现焊料粉和焊剂分离的现象，
并保持其黏度和黏接性不变。
吸湿性小、低毒、无臭、无腐蚀性。
涂布时以及回流焊预热过程中具有的特性：
能采用丝网印刷、网版印刷或注射滴涂等多种方式涂布，要具有良好的印刷性和滴涂性，脱模性良好，能连续顺利进行涂布，
不会堵塞丝网或网版的孔眼以及注射用的管嘴，也不会溢出不必要的锡膏。
有较长的工作寿命，在印刷或滴涂后通常要求能在常温下放置12—24小时，其性能保持不变。
在印刷或涂布后以及在回流焊预热过程中，锡膏应保持原来的形状和大小，不产生堵塞。
回流焊加热时具有的特征：
良好的润湿性能。要正确选用焊剂中活性剂和润湿剂成分，以便达到润湿性能要求。
不发生焊料飞溅。这主要取决于锡膏的吸水性、锡膏中溶剂的类型、沸点和用量以及焊料粉中杂质类型和含量。
形成最少量的锡球。它与诸多因素有关，既取决于锡膏中氧化物含量、合金粉的颗粒形状及分布等因素，同时也与印刷和回流焊条件有关。
回流焊后具有的特性：
具有较好的焊接强度，确保不会因振动等因素出现元器件脱落。
焊后残留物稳定性能好，无腐蚀，有较高的绝缘电阻，且清洗性好。
锡膏的选用 ?d 跳鸵;
锡膏的选用主要根据制程条件，使用要求及锡膏的性能。可以参考以下几点来选用不同的锡膏： ?
具有优异的保存稳定性。
具有良好的印刷性（流动性、脱版性、连续印刷性）等。
印刷后在长时间内对SMD持有一定的黏合性。
焊接后能得到良好的接合状态（焊点）。
其焊接成分，具高绝缘性，低腐蚀性。
对焊接后的焊剂残渣有良好的清洗性，清洗后不可留有残渣成分。
锡膏的申购
锡膏应根据需要提前2周采购，由工程师根据产品确定锡膏的型号和数量，报项目经理批准后购买，一般1—2周内到货。另外，如批量生产需要较多的锡膏，应保证有至少1周的锡膏使用量，一般为8罐左右，提前购买。
锡膏使用和贮存的注意事顶
锡膏购买到货后，应登记到达时间、保质期、型号，并为每罐锡膏编号。
锡膏应以密封形式保存在恒温、恒湿的冰箱内，温度在约为（2—10）℃，温度过高，焊剂与合金焊料粉起化学反应，使黏度上升影响其印刷性；温度过低（低于0℃），焊剂中的松香会产生结晶现象，使锡膏形状恶化。
锡膏使用时，应提前至少2小时从冰箱中取出，写下时间、编号、使用者、应用的产品，并密封置于室温下，
待锡膏达到室温时打开瓶盖。如果在低温下打开，容易吸收水汽，回流焊时容易产行锡珠。注意：
不能把锡膏置于热风器、空调等旁边加速它的升温。
锡膏开封后，应至少用搅拌机或手工搅拌5分钟，使锡膏中的各成分均匀，降低锡膏的黏度。
注意：用搅拌机进行搅拌时，搅拌频率要慢，大约1—2转/秒钟。
锡膏置于网版本上超过30分钟未使用时，应先用丝印机的搅拌功能搅拌后再使用。若中间间隔时间较长，
应将锡膏重新放回罐中并盖紧瓶盖，再次使用应按4）进行操作。
根据印制板的幅面及焊点的多少，决定第一次加到网版上的锡膏量，一般第一次加200—300克，印刷一段时间后再适当加入一点。
锡膏印刷后应在24小时内贴装完，超过时间应把锡膏清洗后重新印刷。
锡膏开封后，原则上应在当天内一次用完，超过时间使用期的锡膏绝对不能使用。
从网版上刮回的锡膏也应密封冷藏。
10）锡膏印刷时间的最佳温度为250℃±30℃，温度以相对湿度60％为宜。温度过高，锡膏容易吸收水汽，在回流焊时产生锡珠。
锡膏的涂布
涂布锡膏的方法主要有三种：注射滴涂、丝网印刷和网版印刷。注射滴涂是采用专门的分配器（Dispensor）或手工来进行的，
采用桶状锡膏，一般适合小批量生产。丝网印刷是采用尼龙或不锈钢丝状材料编成丝网，并在上面刻出图形，把锡膏漏印到PCB板上，一般适合组装密度不高的中小批量生产。而我们最常用到的是网版印刷，采用黄铜或不锈钢钢片，在上面刻出图形，
把锡膏印刷到PCB板上。网版的制作有三种方法：蚀刻、激光和电铸法。电铸法由于加工成本高，在国内还没有流行，蚀刻法由于其弱点，一般只能用0.5mm间距以上的产品，激光法由于精度高，孔壁光滑，容易脱模，价格比电铸法便宜，比蚀刻法也贵不了多少，特别近来的厂家采用在孔壁上抛光的立方法，去除了毛刺，所以近来应用较广，
它适合0.3mm以上间距的印刷。激光网版一般采用0.05—1.00mm的钢片制作，常用的厚度为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。国内很少使用。
焊接不良因及解决方法
锡膏质量、印刷和回流焊等诸多因素可能引起焊接不良，据统计，大约有70％以上的缺陷是与锡膏印刷和回流焊过程有关。
表五列出了一些常见的缺陷和解决方法。
锡膏的再利用和报废
原则上，锡膏在开封后必须在一天之内用完，否则剩余的锡膏就不能再使用，但是根据我们现在的经验，
还是可以做锡膏的再利用，可以参考以下几点来使用：
对于通信类高科技产品和中试项目，考虑到它们的要求较高，一般使用新锡膏，且应该在使用期之内。
对于民用产品和要求不高的简单的产品，可以使用上面产品使用剩余的锡膏。
锡膏在使用之后，焊剂含量会降低，因此可以在里面加入一点焊剂可以明显改善其将效果。
使用期外的锡膏不可使用，但未开封的可以用到民用产品或要求不高的产品中，根据需要在其中加入少许焊剂。
使用期外剩的锡膏可以申请报废，报废的程序是先由操作工通知工程师，并填写锡膏报废申请单，由主任批准后即可报废。
注意：报废后的锡膏应放置在指定的容器中，不可随便当垃圾处理以免污染环境。
表5 焊接缺陷和解决方法
缺陷 原因 对策
桥接 锡膏塌落锡膏太多加速度过快 增加锡膏金属含量或黏度、换锡膏降低刮刀压力调整回流焊温度曲线
虚焊 组件和焊盘可焊性差回流焊温度和升温速度不当印刷参数不正确 加强对PCB和组件的筛选调整回流焊温度曲线减小锡膏黏度，改变刮刀压力和速度
锡珠 加热速度过快锡膏吸收了水分锡膏被氧化PCB焊盘污染元器件安放压力过大锡膏过多 调整回流焊温度曲线降低环境湿度采用新锡膏，缩短预热时间增加锡膏的活性减少压力降低刮刀压力
冷焊 加热温度不适合锡膏变质预热过度，时间过长或温度过高 调整回流焊温度曲线换新锡膏改进预热条件
锡膏塌落 锡膏黏度低触变性差环境温度高 选择合适的锡膏控制环境温度
焊点锡少 锡膏不够焊盘和元器件可焊性差回流焊时间少 增厚网版，增加刮刀压力改善可焊性增加回流焊的时间
焊点锡多 网版开口过大锡膏黏度小 减小网版开口增加锡膏黏度
组件竖立 安放位置移位锡膏中的焊剂使组件浮起印刷锡膏厚度不够加热速度过快且不均匀焊盘设计不合理组件可焊性差采用了Sn63Pb37锡膏 调整印刷参数和安放位置采用焊剂量少的锡膏增加印刷厚度调整回流焊温度曲线合理设计焊盘采用含银和铋的锡膏选用可焊性好的锡膏
组件移位 安放位置不对锡膏量不够或安放压力不够锡膏中焊剂量过多 校准组件位置加大锡膏量和安放压力增加锡膏中的焊剂量
参考文献
1 《SMT制程材料》.四川省电子学会SMT专委会.
2 《印制电路与贴装》深圳电子行业协会
3 《SMT工程师使用手册》江苏省SMT专业委员会.
4 《北京表面安装技术》北京电子学会表面安装技术委员会，1999，6
5 《全国第六届装联学术交流会论文集》，中国电子学会生产技术分会装联专业委员会.1999，武汉东方通信股份有限公司技术中心