锡膏是当前科技进步不可或缺的材料之一,用于将电子零件焊接在电路板上,有机会享受日新月异的电子产品。锡泥的发明间接促进了PCBA电子组装技术的极小化,使之变成了把像砖一样大小的大哥大放入口袋的智能手机。
锡膏之所以被称为“膏”,是因为它与我们每天刷牙的牙膏相似。当然,最大的作用是将电子部件焊接在电路板上,实现电子信号连通的目的。
但是,你知道你平时看到的这些锡膏的主要成分除了“锡”之外,还有什么其他的吗。
锡糊剂的成分主要可以分为助焊剂(flex)和锡粉powder两大部分。
锡粉(powder)
锡粉即金属合金,主要用途是体现焊接的强度,其主要成分包括以下几个:。
Sn(锡)
Ag(银)
Cu(铜)
Bi(铋)
锡粉根据不同的锡膏的号码以不同的成分及比例构成,即使是相同的号码制造商也不同,其成分也多少不同,有可能是为了避开专利,有时是独自的秘方。以现在最多人使用的SAC305为例,是使用锡Sn、96.5%)、银(Ag、3%)、铜Cu、0.5%的比例的锡膏。SAC0307是使用锡(Sn、99%)、银(Ag、0.3%)、铜Cu、0.7%)比率的锡膏。
锡粉除了成分不同之外,锡粉的粒的大小也不同,根据锡粉的大小给出了锡粉的号码,这个锡粉大小的号码老实说并没有统一,但是各个厂家使用了尺寸越小粒越大的默认。
锡粉的编号及直径尺寸根据下表IPC J-STD-LED显示屏A,但各锡膏供应商有其他锡粉的编号规格。例如,由于根据需要有Type4.5或Type7、Type8,所以规格以外的规格可能各不相同。
号码None Larger thanLess than 1%Larger than 80%Minimum Between 10%Maximum Less Than 1160 um 150~150 um 20 um 75~75 um 20 um 45~45 um 440 um 20 um 20 um 15~25 um 15~25 um 620 um 15~15 um 5~15 um5~15 um5
锡粉的直径越小,锡的落下量越大。颗粒越小,越容易从钢板开口跌落,即通过钢板容易印刷在电路基板上,而且不易残留在钢板开口边缘上,有助于提高细节距部件的印刷能力,可获得一致性的锡膏印刷量。另外,比较小的锡粉也提高了耐崩坏性,湿效果也很好。
但是,锡粉越小越容易氧化,有时需要通过辅助氮气N2降低氧化速度来达到良好的吸锡效果,特别是有时使用了5号以上的焊接垫的部件(例如屏蔽框)。这是因为锡粉越小与空气接触的面积越大,容易氧化。因此,在选择锡膏时,锡粉的粒子不是越小越好,而是根据产品的需要来决定,还必须规定锡膏粒子的均匀性。
一般来说SMT虽然粘贴多使用3号锡粉,但是在细间距和小型垫的粘贴上使用4号锡粉。Type5和Type6的锡粉通常用于Flip Chip或CSP的bump。锡粉的价格也越小越贵。因为很难做。
虽然不希望锡糊剂有氧化现象,但是锡糊剂无论怎么处理都有氧化残留,特别是金属粒子表面上的微氧化反而可以防止锡糊剂在电路基板上没有正式印刷之前融合。因为一起放置同样的纯金属的话有融合的问题,所以可以说“物以类聚在一起”。
氧化基本上有三个要素:温度、空气、水。
锡粉的外形分为球形和椭圆形两种,球形印刷的适用范围广,表面积小,氧化度低,焊接点亮。椭圆形较差。
助焊剂(Flux)
助焊剂是助焊剂因为可以含有溶剂并混合所有的物质做成糊状,所以是将锡膏做成糊状的最大推手。
“助焊剂”的用途和主要功能是除去金属表面的氧化物和污垢,在高温作业时在金属表面形成用于隔断空气的膜,使锡膏难以氧化,其组成主要包含以下4个成分。
树脂松香:40~50%。
天然树脂可以分成Rosin或者人工合成的松香(Resin,通常用于有铅锡膏的Rosin一方面无铅锡膏使用Resin,由于松香在被焊接金属的表面形成保护层而能够阻挡空气,所以可以进行氧化、粘结性、有稍微清洗金属表面的能力。
活性剂:2~5%。
主要成分是有机酸、卤素,具有强力清洗金属表面的能力,在回流焊接中经常作为清洗剂使用,能够溶解金属表面氧化物,提高焊接效果。卤素是剧毒,为了符合目前环保的需要,无卤锡膏已经是一种趋势,但由于其抗氧化能力超强且便宜,现在也经常在一些锡膏中使用。
溶剂:30%。
含有乙醇、水等成分。由于这些溶剂在锡糊剂的预热中蒸发,所以不会影响整个锡糊剂的焊料性,能够帮助溶解助焊剂中不同的化学物质并混合,能够使助焊剂的涂布变得更均匀,提高助焊剂的效果,使助焊剂更容易被人们掌握可以控制锡膏的粘度和流动性。如果回焊的预热温度升温过快,这些溶剂可能会立即煮沸,引起锡膏的飞溅问题。
增稠剂(rheology modifier):5%。
提供接触变性或摇晃变性,控制锡膏的粘度,增强锡膏的防崩塌性,并且在将锡膏印刷在电路基板上之后也保持原始形状,以防止短路。
另外,当以重量计算锡糊剂时,锡粉和助焊剂的比率约为90%∶10%,因为锡粉重。但是,若按体积计算该比率,锡粉对助焊剂的比率约为50%:50%,这会影响焊接后的锡膏量的计算。