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焊锡膏【焊锡膏】也叫锡膏，英文名solder paste，灰色膏体 。焊锡膏是伴随着SMT应运而生的一种新型焊接材料，是由焊锡粉、助焊剂以及其它的表面活性剂、触变剂等加以混合，形成的膏状混合物 。主要用于SMT行业PCB表面电阻、电容、IC等电子元器件的焊接 。
基本介绍中文名：焊锡膏
外文名：solder paste
别称：锡膏
性状：灰色膏体
背景在20世纪70年代的表面贴装技术(Surface Mount Technology，简称SMT)，是指在印製电路板焊盘上印刷、涂布焊锡膏，并将表面贴装元器件準确的贴放到涂有焊锡膏的焊盘上，按照特定的回流温度曲线加热电路板，让焊锡膏熔化，其合金成分冷却凝固后在元器件与印製电路板之间形成焊点而实现冶金连线的技术 。焊锡膏是伴随着SMT应运而生的一种新型焊接材料 。焊锡膏是一个複杂的体系，是由焊锡粉、助焊剂以及其它的添加物混合而成的膏体 。焊锡膏在常温下有一定的粘性，可将电子元器件初粘在既定位置，在焊接温度下，随着溶剂和部分添加剂的挥发，将被焊元器件与印製电路焊盘焊接在一起形成永久连线 。成份作用焊锡膏,主要由助焊剂和焊料粉组成（FLUX &SOLDER POWDER）（一）、助焊剂的主要成份及其作用：A、活化剂(ACTIVATION)：该成份主要起到去除PCB铜膜焊盘表层及零件焊接部位的氧化物质的作用，同时具有降低锡、铅表面张力的功效；B、触变剂(THIXOTROPIC) ：该成份主要是调节焊锡膏的粘度以及印刷性能，起到在印刷中防止出现拖尾、粘连等现象的作用；C、树脂（RESINS）：该成份主要起到加大锡膏粘附性，而且有保护和防止焊后PCB再度氧化的作用；该项成分对零件固定起到很重要的作用；D、溶剂（SOLVENT）：该成份是焊剂组份的溶剂，在锡膏的搅拌过程中起调节均匀的作用，对焊锡膏的寿命有一定的影响；（二）、焊料粉：焊料粉又称锡粉主要由锡铅、锡铋、锡银铜合金组成，一般比例为SN63/PB37、SN42BI58、SN96.5CU0.5AG3.0和SN99CU0.7AG0.3 。概括来讲锡粉的相关特性及其品质要求有如下几点：A、锡粉的颗粒形态对锡膏的工作性能有很大的影响：A-1、重要的一点是要求锡粉颗粒大小分布均匀，这里要谈到锡粉颗粒度分布比例的问题；在国内的焊料粉或焊锡膏生产厂商，大家经常用分布比例来衡量锡粉的均匀度：以25~45μm的锡粉为例，通常要求35μm左右的颗粒分度比例为60%左右，35μm 以下及以上部份各占20%左右；A-2、另外也要求锡粉颗粒形状较为规则；根据“中华人民共和国电子行业标準《锡铅膏状焊料通用规範》（SJ/T 11186-1998）”中相关规定如下：“合金粉末形状应是球形的,但允许长轴与短轴的最大比为1.5的近球形状粉末 。如用户与製造厂达成协定，也可为其他形状的合金粉末 。”在实际的工作中，通常要求为锡粉颗粒长、短轴的比例一般在1.2以下 。A-3、如果以上A-1及A-2的要求项不能达到上述基本的要求，在焊锡膏的使用过程中，将很有可能会影响锡膏印刷、点注以及焊接的效果 。B、各种锡膏中锡粉与助焊剂的比例也不尽相同，选择锡膏时，应根据所生产产品、生产工艺、焊接元器件的精密程度以及对焊接效果的要求等方面，去选择不同的锡膏；B-1、根据“中华人民共和国电子行业标準《锡铅膏状焊料通用规範》（SJ/T 11186-1998）”中相关规定，“焊膏中合金粉末百分(质量)含量应为65%-96%,合金粉末百分(质量)含量的实测值与订货单预定值偏差不大于±1%”；通常在实际的使用中，所选用锡膏其锡粉含量大约在90%左右，即锡粉与助焊剂的比例大致为90：10；B-2、普通的印刷制式工艺多选用锡粉含量在89-91.5%的锡膏；B-3、当使用针头点注式工艺时，多选用锡粉含量在84-87%的锡膏；B-4、回流焊要求器件管脚焊接牢固、焊点饱满、光滑并在器件（阻容器件）端头高度方向上有1/3至2/3高度焊料爬升，而焊锡膏中金属合金的含量，对回流焊焊后焊料厚度（即焊点的饱满程度）有一定的影响；为了证实这种问题的存在，有关专家曾做过相关的实验，现摘抄其最终实验结果如下表供参考：(表暂缺）从上表看出，随着金属含量减少，回流焊后焊料的厚度减少，为了满足对焊点的焊锡量的要求，通常选用85%~92%含量的焊膏 。C、锡粉的“低氧化度”也是非常重要的一个品质要求，这也是锡粉在生产或保管过程中应该注意的一个问题；如果不注意这个问题，用氧化度较高的锡粉做出的焊锡膏，将在焊接过程中严重影响焊接的品质 。什幺是焊料焊料是一种熔点比被焊金属熔点低的易熔金属 。焊料熔化时，在被焊金属不熔化的条件下能润浸被焊金属表面，并在接触面处形成合金层而与被焊金属连线到一起 。在一般电子产品装配中，俗称为焊锡 。常用焊料具备的条件:1)焊料的熔点要低于被焊工件 。2)易于与被焊物连成一体，要具有一定的抗压能力 。3)要有较好的导电性能 。4)要有较快的结晶速度 。常用焊料的种类根据熔点不同可分为硬焊料和软焊料；根据组成成分不同可分为锡铅焊料、银焊料、铜焊料等 。在锡焊工艺中，一般使用锡铅合金焊料 。1)锡铅焊料——是常用的锡铅合金焊料，主要由锡和铅组成，还含有锑等微量金属成分 。锡铅焊料主要用途:广泛用于电子行业的软釺焊、散热器及五金等各行业波峰焊、浸焊等精密焊接 。特殊焊接工艺以及喷涂、电镀等 。经过特殊工艺调质精炼处理而生产成的抗氧化焊锡条,具有独特的高抗氧化性能,浮渣比普通焊料少,具有损耗少、流动性好,可焊性强、焊点均匀、光亮等特点.锡铅焊料条锡铅焊料标準:GB/T8012-2000/GB/T3131-20012)共晶焊锡——是指达到共晶成分的锡铅焊料，合金成分是锡的含量为61．9%、铅的含量为38．1% 。在实际套用中一般将含锡60%，含铅40%的焊锡就称为共晶焊锡 。在锡和铅的合金中，除纯锡、纯铜和共晶成分是在单一温度下熔化外，其他合金都是在一个区域内熔化的，所以共晶焊锡是锡铅焊料中性能最好的一种 。Eutectic solders(共晶焊锡)：两种或更多的金属合金，具有最低的熔化点，当加热时，共晶合金直接从固态变到液态，而不经过塑性阶段 。常用焊料的形状：焊料在使用时常按规定的尺寸加工成形，有片状、块状、棒状、带状和丝状等多种 。1)丝状焊料——通常称为焊锡丝，中心包着松香，叫松脂芯焊丝，手工烙铁锡焊时常用 。松脂芯焊丝的外径通常有0．5mm、0．6mm、0．8mm、1．Omm、1．2mm、1．6mm、2．Omm、2．3mm、3．Omm等规格 。2)片状焊料——常用于硅片及其他片状焊件的焊接 。3)带状焊料——常用于自动装配的生产线上，用自动焊机从製成带状的焊料上沖切一段进行焊接，以提高生产效率 。4)焊料膏——将焊料与助焊剂拌和在一起製成，焊接时先将焊料膏涂在印製电路板上，然后进行焊接，在自动贴片工艺上已经大量使用 。保存使用1.保存方法锡膏的保管要控制在1-10℃的环境下；锡膏的使用期限为6个月（未开封）；不可放置于阳光照射处 。2.使用方法（开封前）开封前须将锡膏温度回升到使用环境温度上（25±2℃），回温时间约3-4小时，并禁止使用其他加热器使其温度瞬间上升的做法；回温后须充分搅拌，使用搅拌机的搅拌时间为1-3分钟，视搅拌机机种而定 。3.使用方法（开封后）1)将锡膏约2/3的量添加于钢网上，儘量保持以不超过1罐的量于钢网上 。2)视生产速度，以少量多次的添加方式补足钢网上的锡膏量，以维持锡膏的品质 。3)当天未使用完的锡膏，不可与尚未使用的锡膏共同放置，应另外存放在别的容器之中 。锡膏开封后在室温下建议24小时内用完 。4)隔天使用时应先行使用新开封的锡膏，并将前一天未使用完的锡膏与新锡膏以1：2的比例搅拌混合，并以少量多次的方式添加使用 。5)锡膏印刷在基板后，建议于4-6小时内放置零件进入回焊炉完成着装 。6)换线超过1小时以上，请于换线前将锡膏从钢板上颳起收入锡膏罐内封盖 。7)锡膏连续印刷24小时后，由于空气粉尘等污染，为确保产品品质，请按照“步骤4）”的方法 。8)为确保印刷品质建议每4小时将钢板双面的开口以人工方式进行擦拭 。9)室内温度请控制与22-28℃，湿度RH30-60%为最好的作业环境 。10)欲擦拭印刷错误的基板，建议使用工业酒精或工业清洗剂无铅焊锡膏无铅焊锡膏的成分及最佳合金成分比较在无铅锡膏的成分中，主要是由锡/银/铜三部分组成，由银和铜来代替原来的铅的成分 。一、根本的特性和现象在锡/银/铜系统中，锡与次要元素(银和铜)之间的冶金反应是决定套用温度、固化机制以及机械性能的主要因素 。按照二元相点阵图，在这三个元素之间有三种可能的二元共晶反应 。银与锡之间的一种反应在221°C形成锡基质相位的共晶结构和ε金属之间的化合相位(Ag3Sn) 。铜与锡反应在227°C形成锡基质相位的共晶结构和η金属间的化合相位(Cu6Sn5) 。银也可以与铜反应在779°C形成富银α相和富铜α相的共晶合金 。可是，在现时的研究中1，对锡/银/铜三重化合物固化温度的测量，在779°C没有发现相位转变 。这表示很可能银和铜在三重化合物中直接反应 。而在温度动力学上更适于银或铜与锡反应，以形成Ag3Sn或Cu6Sn5金属间的化合物 。因此，锡/银/铜三重反应可预料包括锡基质相位、ε金属之间的化合相位(Ag3Sn)和η金属间的化合相位(Cu6Sn5) 。和双相的锡/银和锡/铜系统所确认的一样，相对较硬的Ag3Sn和Cu6Sn5 粒子在锡基质的锡/银/铜三重合金中，可通过建立一个长期的内部应力，有效地强化合金 。这些硬粒子也可有效地阻挡疲劳裂纹的蔓延 。Ag3Sn和Cu6Sn5粒子的形成可分隔较细小的锡基质颗粒 。Ag3Sn和Cu6Sn5粒子越细小，越可以有效的分隔锡基质颗粒，结果是得到整体更细小的微组织 。这有助于颗粒边界的滑动机制，因此延长了提升温度下的疲劳寿命 。虽然银和铜在合金设计中的特定配方对得到合金的机械性能是关键的，但发现熔化温度对0.5~3.0%的铜和3.0~4.7%的银的含量变化并不敏感 。机械性能对银和铜含量的相互关係分别作如下总结2：当银的含量为大约3.0~3.1%时，屈服强度和抗拉强度两者都随铜的含量增加到大约1.5%，而几乎成线性的增加 。超过1.5%的铜，屈服强度会减低，但合金的抗拉强度保持稳定 。整体的合金塑性对0.5~1.5%的铜是高的，然后随着铜的进一步增加而降低 。对于银的含量(0.5~1.7%範围的铜)，屈服强度和抗拉强度两者都随银的含量增加到4.1%，而几乎成线性的增加，但是塑性减少 。在3.0~3.1%的银时，疲劳寿命在1.5%的铜时达到最大 。发现银的含量从3.0%增加到更高的水平(达4.7%)对机械性能没有任何的提高 。当铜和银两者都配製较高时，塑性受到损害，如96.3Sn/4.7Ag/1.7Cu 。最佳合金成分合金95.4Sn/3.1Ag/1.5Cu被认为是最佳的 。其良好的性能是细小的微组织形成的结果，微组织给予高的疲劳寿命和塑性 。对于0.5~0.7%铜的焊锡合金，任何高于大约3%的含银量都将增加Ag3Sn的粒子体积分数，从而得到更高的强度 。可是，它不会再增加疲劳寿命，可能由于较大的Ag3Sn粒子形成 。在较高的含铜量(1~1.7%Cu)时，较大的Ag3Sn粒子可能可能超过较高的Ag3Sn粒子体积分数的影响，造成疲劳寿命降低 。当铜超过1.5%(3~3.1%Ag)，Cu6Sn5粒子体积分数也会增加 。可是，强度和疲劳寿命不会随铜而进一步增加 。在锡/银/铜三重系统中，1.5%的铜(3~3.1%Ag)最有效地产生适当数量的、最细小的微组织尺寸的Cu6Sn5粒子，从而达到最高的疲劳寿命、强度和塑性 。据报导，合金93.6Sn/4.7Ag/1.7Cu是217°C温度的三重共晶合金3 。可是，在冷却曲线测量中，这种合金成分没有观察到精确熔化温度 。而得到一个小的温度範围：216~217°C 。这种合金成分提高现时研究中的三重合金成分最高的抗拉强度，但其塑性远低于63Sn/37Pb 。合金95.4Sn/4.1Ag/0.5Cu比95.4Sn/3.1Ag/1.5Cu的屈服强度低 。93.6Sn/4.7Ag/1.7Cu的疲劳寿命低于95.4Sn/3.1Ag/1.5Cu 。如果颗粒边界滑动机制主要决定共晶焊锡合金，那幺95.4Sn/3.1Ag/1.5Cu，而不是93.6Sn/4.7Ag/1.7Cu，应该更靠近真正的共晶特性 。另外，95.4Sn/3.1Ag/1.5Cu比93.6Sn/4.7Ag/1.7Cu和95.4Sn/4.1Ag/0.5Cu具有经济优势 。与63Sn/37Pb比较3.0~4.7%Ag和0.5~1.7%Cu的合金成分通常具有比63Sn/37Pb更高的抗拉强度 。例如，95.4Sn/3.1Ag/1.5Cu和93.6Sn/4.7Ag/1.7Cu在强度和疲劳特性上比63Sn/37Pb好得多 。93.6Sn/4.7Ag/1.7Cu的塑性较63Sn/37Pb低，而95.4Sn/3.1Ag/1.5Cu的塑性比63Sn/37Pb还高 。与96.5Sn/3.5Ag比较 95.4Sn/3.1Ag/1.5Cu具有216~217°C的熔化温度(几乎共晶)，比共晶的96.5Sn/3.5Ag低大约4°C 。当与96.5Sn/3.5Ag比较基本的机械性能时，研究中的特定合金成分在强度和疲劳寿命上表现更好 。可是，含有较高银和铜的合金成分，如93.6Sn/4.7Ag/1.7Cu的塑性比93.6Sn/4.7Ag低 。与99.3Sn/0.7Cu比较3.0~4.7%Ag和0.5~1.5%Cu的锡/银/铜成分合金具有较好的强度和疲劳特性，但塑性比99.3Sn/0.7Cu低 。推荐锡/银/铜系统中最佳合金成分是95.4Sn/3.1Ag/1.5Cu，它具有良好的强度、抗疲劳和塑性 。可是应该注意的是，锡/银/铜系统能够达到的最低熔化温度是216~217°C，这还太高，以适于现时SMT结构下的电路板套用(低于215°C的熔化温度被认为是一个实际的标準) 。总而言之，含有0.5~1.5%Cu和3.0~3.1%Ag的锡/银/铜系统的合金成分具有相当好的物理和机械性能 。相当而言，95.4Sn/3.1Ag/1.5Cu成本比那些含银量高的合金低，如93.6Sn/4.7Ag/1.7Cu和95.4Sn/4.1Ag/0.5Cu 。在某些情况中，较高的含银量可能减低某些性能 。设定锡膏回流温度曲线正确的温度曲线将保证高品质的焊接锡点 。一、测试方法在使用表面贴装元件的印刷电路板(PCB)装配中，要得到优质的焊点，一条最佳化的回流温度曲线是最重要的因素之一 。温度曲线是施加于电路装配上的温度对时间的函式，当在笛卡尔平面作图时，回流过程中在任何给定的时间上，代表PCB上一个特定点上的温度形成一条曲线 。几个参数影响曲线的形状，其中最关键的是传送带速度和每个区的温度设定 。带速决定机板暴露在每个区所设定的温度下的持续时间，增加持续时间可以允许更多时间使电路装配接近该区的温度设定 。每个区所花的持续时间总和决定总共的处理时间 。每个区的温度设定影响PCB的温度上升速度，高温在PCB与区的温度之间产生一个较大的温差 。增加区的设定温度允许机板更快地达到给定温度 。因此，必须作出一个图形来决定PCB的温度曲线 。接下来是这个步骤的轮廓，用以产生和最佳化图形 。在开始作曲线步骤之前，需要下列设备和辅助工具：温度曲线仪、热电偶、将热电偶附着于PCB的工具和锡膏参数表 。可从大多数主要的电子工具供应商买到温度曲线附属档案工具箱，这工具箱使得作曲线方便，因为它包含全部所需的附属档案(除了曲线仪本身)许多回流焊机器包括了一个板上测温仪，甚至一些较小的、便宜的台面式炉子 。测温仪一般分为两类：实时测温仪，即时传送温度/时间数据和作出图形；而另一种测温仪採样储存数据，然后上载到计算机 。热电偶必须长度足够，并可经受典型的炉膛温度 。一般较小直径的热电偶，热质量小回响快，得到的结果精确 。有几种方法将热电偶附着于PCB，较好的方法是使用高温焊锡如银/锡合金，焊点儘量最小 。另一种可接受的方法，快速、容易和对大多数套用足够準确，少量的热化合物(也叫热导膏或热油脂)斑点覆盖住热电偶，再用高温胶带(如Kapton)粘住 。还有一种方法来附着热电偶，就是用高温胶，如氰基丙烯酸盐粘合剂，此方法通常没有其它方法可靠 。附着的位置也要选择，通常最好是将热电偶尖附着在PCB焊盘和相应的元件引脚或金属端之间 。锡膏特性参数表也是必要的，其包含的信息对温度曲线是至关重要的，如：所希望的温度曲线持续时间、锡膏活性温度、合金熔点和所希望的回流最高温度 。开始之前，必须理想的温度曲线有个基本的认识 。理论上理想的曲线由四个部分或区间组成，前面三个区加热、最后一个区冷却 。炉的温区越多，越能使温度曲线的轮廓达到更準确和接近设定 。大多数锡膏都能用四个基本温区成功回流 。预热区，也叫斜坡区，用来将PCB的温度从周围环境温度提升到所须的活性温度 。在这个区，产品的温度以不超过每秒2~5°C速度连续上升，温度升得太快会引起某些缺陷，如陶瓷电容的细微裂纹，而温度上升太慢，锡膏会感温过度，没有足够的时间使PCB达到活性温度 。炉的预热区一般占整个加热通道长度的25~33% 。活性区，有时叫做乾燥或浸湿区，这个区一般占加热通道的33~50%，有两个功用，第一是，将PCB在相当稳定的温度下感温，允许不同质量的元件在温度上同质，减少它们的相当温差 。第二个功能是，允许助焊剂活性化，挥发性的物质从锡膏中挥发 。一般普遍的活性温度範围是120~150°C，如果活性区的温度设定太高，助焊剂没有足够的时间活性化，温度曲线的斜率是一个向上递增的斜率 。虽然有的锡膏製造商允许活性化期间一些温度的增加，但是理想的曲线要求相当平稳的温度，这样使得PCB的温度在活性区开始和结束时是相等的 。市面上有的炉子不能维持平坦的活性温度曲线，选择能维持平坦的活性温?度曲线的炉子，将提高可焊接性能，使用者有一个较大的处理视窗 。回流区，有时叫做峰值区或最后升温区 。这个区的作用是将PCB装配的温度从活性温度提高到所推荐的峰值温度 。活性温度总是比合金的熔点温度低一点，而峰值温度总是在熔点上 。典型的峰值温度範围是205~230°C，这个区的温度设定太高会使其温升斜率超过每秒2~5°C，或达到回流峰值温度比推荐的高 。这种情况可能引起PCB的过分捲曲、脱层或烧损，并损害元件的完整性 。