焊粉的技术要求

    电子封装形式主要包括回流焊、波峰焊和手工焊三种，其焊料使用状态包括条．带、舒、板、片、球和膏等各种形式．其中，回流焊所用焊膏是当前至币今后发展的主要应用形式。焊膏是将合金焊粉与助焊剂混合搅拌制成的膏状物，其质量的高低关系着最终的印刷质最乃至线路板的焊点可靠性。影响焊膏质量的因素较多，助焊剂配方焊膏生产工艺、保存和使用条件、助焊剂原材料组分、炽粉氧含量及粒度等诸多因素都会对焊膏的使用产生影响，其中高品质的合金焊粉是生产高质量焊膏的重要保证，评价焊粉的主要参数有焊粉的化学成分、含氧量、粒度分布、焊粉颗粒的球形度及表面形貌等。

    1 焊粉的合金成分

    随着对铅含量的认知，法律法规的限制和电子工业的发展要求，目前已有Sn一Ag系、Sn—Cu系，Sn一Zn系、Sn一Bi系等几大合金体系无铅焊料得到推广应用，尽管按照用户的价值方程式来衡量，都存在固有的缺陷．但无铅焊料目前已占绝对优势。相对于Sn一Pb系合金焊粉来说，多组元的无铅合金的成分控制难度要大许多，这主要由以下几个原因造成的，首先，因为无铅合金的各组成金属的物理性能差距较大，低温或中温熔炼难以实现合金组织和成分的均匀，其次，多组元的无铅合金中常会加人含员低于5％的金属组元．一般情况下这类组元的成分误差范围为±0.3%，合金成分范围难以控制，另外，对于含量低于l％的金属组元，成分误差范围为±0.1%，即使严格按照合金成分配制合金．在后续生产、使用过程中也极易法生成分起伏或成分偏析，焊粉生产上艺制定和控制要求非常严格。如果焊粉合金的化学成分准确稳定、杂质含最低，在配置焊膏时匹配焊剂的通用性较强，则制备出的焊膏在回流焊时易于形成良好的焊汽外观质量．减少焊点内部缺陷，提高SMT焊接工艺成品率和可靠性。

    2 焊粉氧含量

    焊粉氧含量是评价焊粉质量水平的重要指标之一，过高的氧含量和过低的氧含量均不利于焊膏的性能稳定．很多时候由于时间和环境的改变，焊粉的氧含量也表现出一定的不稳定性。根据氧在焊粉颗粒中的存在形式，可将焊粉氧含量分为吸附氧和化合氧两类。吸附氧是指吸附在焊粉颗粒表面的氧分子或氧原子，这类氧与焊粉的表面状态和环境有关，锡膏生产过程中如果采用真空下搅拌，则吸附氧的影响将会降至最低，对焊膏影响最大的还是焊粉的化合氧，化合氧也可分为两种，一种是指在合金元素发生氧化反应后残留在合金组织内的氧化物或熔炼过程中残留在合金组织内部的氧原子，这种形式存在的含氧量并不高，大约在10 -30ppm之间．含量相对比较稳定。另一种是指焊粉颗粒表面的氧化物．这类氧化物主要是在焊粉制备、包装、运输、储存等过程中形成的．这种形式氧化物的形成与焊粉颗粒形貌表面组织状态、粉末比表面积及焊粉的组织成分等因素有关，氧含量的差异性很大，少则几十ppm，多则几百PPm,这种形式的氧化物对焊粉的品质影响最大。化合氧和吸附氧在生产应用过程中，均会对焊膏印刷回流过程产生影响，但一般测试的含氧量是化合氧和吸附氧的总合，因此，总氧含量不能够准确反映出焊锡粉对焊膏性能的影响趋势。尽管如此，相对较低的总氧含量有利于形成良好的焊点已经形成共识。

    焊料合金粉末颗粒的形状．尺寸及其粒度分布是影响焊膏性能的重要参数，焊粉的粒度及其分布直接影响焊膏的流变特性，也影响其在网板印刷机上的印刷性能。不规则形状的焊料粉末在印刷过程中容易发生滑动摩擦使粉末“片化”．进而堵塞模板开孔．使印刷不稳定；焊粉颗粒尺寸分布均匀、球形度较高时容易滚动，焊膏易于印刷，焊点的一致性好。细小颗粒的焊膏适宜更窄间距封装，通常印刷性能也好，印出的焊膏印条清晰度高，但由于细粉被氧化的程度和机会也较高，其焊膏中需要较高的助焊剂含量．导致容易产生塌边现象，因此对细粉的要求更高。由于球形粉末的比表面积最小，最不易氧化，容易匹配焊剂，因此一般都采用球形焊料粉末。但是，实际制粉过程中，由于影响焊粉球形度的因素很多，因此要使每一粒焊粉都完全球形是非常困难的。研究表明：当焊粉中非球形颗粒长短轴比小于1.2时不致于影响焊膏的印刷性能。此外，引脚间距是选择焊粉颗粒尺寸的一个重要因素，一般按照“五球定律”．焊膏的颗粒尺寸应是能让至少五颗最大的焊粉直径符合网板上最小开孔的宽度，至少有五颗最大直径的焊球能垂直地排在丝印模板的厚度方向上。一般焊粉颗粒平均直径约为模板开口尺寸的1/5．焊粉粒度大小均匀（粒度分布范围小）将有利于焊膏的印刷，并能够保证焊接过程同步熔化。

    实验和分析表明，焊膏的各项性能指标与焊粉和助焊剂之间的相互匹配有着密切的关系，焊膏表现出来的一些质量问题，如发干．发粗．锡珠、热坍塌等与焊粉表面氧化物、焊粉颗粒表面的组织状态有关，焊粉颗粒表面光滑、无超微粉附着、微观表面组织均匀无凝固偏折将有利于焊膏质量的稳定。当粉末颗粒表层元素分布、氧含量、微观形貌等发生变化时，能够影响到焊膏的特性，比如焊成可能表现出发干，发粗、流动性或常态稳定性变差等问题。如图一为不同方法制备的SnPb37焊粉，但两种粉末颗粒表层的Sn元素分布不同，（a）图表层富Sn而（b）图不然，由于Sn和Pb的抗氧化能力，与酸的反应速度均不同，因此，两种SnPb37焊粉制配的焊膏质量布同。对于无铅焊粉来说，多数无铅合金为非共晶成分，使得焊粉在雾化凝固过程出现选分结晶。表现为焊粉表面组织状态的不均匀性（如图2），也影响了焊膏质量的稳定性。