焊膏的特性与印刷2.ppt

焊膏的特性与要求 ( l ）粘度•在日常生活中，常用“稀”或“稠”的概念来描述流体的表观特征但在工 程中则用粘度这一概念来表征流体粘性的大小，流体的粘度是由于流体的分 子之间受到运动的影响而产生的内摩擦阻力的表现． •当焊膏以恒定的剪应力率和应变率变化时，其粘度随时间延长而降低，这说 明其结构在逐渐变坏 •而且，焊膏的粘度随作用于焊膏上的剪切应力增加而降低这可以简单解释 为，当施加剪切应力时，焊膏变薄，不施此力时，焊膏变厚印制中这种性 质是极有用的，将焊膏涂在模板或丝网上，当刮刀在焊膏上产生应力时，焊 膏即随之流动 •焊膏涂于焊盘上后，移去刮刀产生的剪切应力，将使焊膏恢复到原有的高粘 度状态，这样焊膏就会粘在这些地方而不会流到电路板的非金属表面上 •用旋转粘度计测量焊膏粘度时，发现随着粘度计转速的增加，测试值会明显 下降转速的提高意味着剪切速率增加，粘度明显下降，这也证明了焊膏是 一种假塑性流体• 除了剪切力以外，颗粒的大小和环境温度也会影响焊膏的 粘度在金属含量和焊剂载体相同的条件下，当剪切力增 大、温度升高或颗粒体积减小（较细的颗粒）时，粘度也 会随之减小影响焊膏粘度的因素包括焊料粉末含量、焊 料粉末粒度、温度与转速。

• 焊膏中焊料粉末的增加明显引起粘度增加焊料粉末的增 加可以有效地防止印制后及预热阶段的坍塌，焊接后焊点 饱满，有助于焊接质量的提高这也是常选用焊料粉末含 量高的焊膏，并采用金属模板印制焊膏的原因在焊膏中 金属粉末含量及焊剂完全相同时，焊料粉粒度的大小将会 影响强度当粒度增加时，粘度反而会降低 • 温度对焊膏的强度影响也很大，随着温度的升高，粘度会 明显下降因此，无论是测试焊膏的粘度，还是印制焊膏 都应该注意环境温度通常印制焊膏时，最佳环境温度为 23 ℃ 士 3 ℃ ，精密印制时则应由印制机恒温系统来保证 對于錫膏的粘度程指標常用“pa . s”为單位表示, 印刷錫膏的粘度一般在600—1200 pa.s 有两个参数可以更好地描述锡膏的印刷性能： • 触变系数(TI)=log(A/C) • 粘度不恢复率(NRR)=((B-D)/B) x 100 • 高触变性指数(TI)意味着锡膏在高剪切率下更容易 变稀，也可以理解为在钢网上有更好的滚动性（ 相同的钢网开孔尺寸和相同的刮刀压力） • 低NRR（Non Recovery rate）意味着锡膏在剪 切力消除后，粘度恢复的时间更短可以理解为 锡膏在PCB板上有更好的抗冷坍塌能力。

2 ）坍塌性• 坍塌性是焊膏涂在焊盘上后扩散的能力如果焊 接效果好，焊膏坍塌面积就很小坍塌性还取决 于焊膏中金属的百分含量• 控制坍塌最可靠的办法就是确定一个无坍塌范围 ，并保证焊膏不超出此范围过量的焊膏坍塌会 造成桥接 3)工作寿命•焊膏的工作寿命一般可定义为焊膏在印制前在模板上或者印制后在基 板上的流变性质保持不变所持续的时间•此定义的两部分都是正确的，但并不都有用例如，印制前焊膏滞留在模板 上的时间并无太大用处但是，印制后焊膏留在基板上的时间长短却是很有 价值的，它决定了贴装机将元件贴装好所需的最长时间 •因此，“工作寿命”应更准确地定义为：焊膏从打开焊膏瓶到再流焊， 其流变性质保持不变所需的最长时间，它包括印制、定位、烘烤及操 作所需的全部时间•粘性是焊膏在定位之后再流焊之前附着于表面组装元器件的能力，焊 膏的粘性是检验其工作寿命是否消失的标准如果粘性检验表明焊膏 已超出其工作寿命，那么它就不能在贴装过程和再流焊之前的操作过 程中将元件定位• 从使用角度考虑，品质优良的焊膏应有以下特性：• 印制性能良好，能顺利连续地印制，不会堵死模板的孔眼 ，也不会在模板的反面溢出不必要的焊膏；• 触变性好，放置或预热时不产生塌陷，也不会出现桥接现 象；有良好的焊接性，不会产生焊珠飞溅（焊膏在再流焊 后向焊接部位四周溅出微小的焊球）引起的短路；• 贮存寿命长，长时间存放粘度无变化；印制后放置时间长 ，一般在常温下能放置 12 ～ 14h ；• 焊接后残余物应具有较高的绝缘电阻，且清洗性好；无毒 、无臭、无腐蚀性。

焊粉形状及其对焊膏性能的影响•下图是放大后的焊粉表面形貌，其中黑色的为富锡相，其亮区为富铅 相焊粉形状可分为有规和无规两种，其形态对焊膏使用性能有一定 影响 •表 焊粉的不同形状及其对焊锡膏性能的影响•焊粉的形状以球状最佳，它具有良好的印刷性而不会出现堵塞孔眼的 现象此外，从几何学的角度来看，球形粉末具有最小的表面积，在 制造、存储和印刷中不易氧化，对提高焊接质量是非常有利的焊粉 的氧化会导致可焊性差、桥接、焊锡球等缺陷 焊膏的评价方法 • 1．焊膏的外观 • 焊膏商标应标有制造商名称、产品名称、标准分 类号、批号、生产日期、焊剂类型、锡粉粒度、 焊膏的粘度、合金所占百分比、保存期等焊膏 外观上应没有硬壳、硬块，合金粉末和焊剂不分 层，混合均匀 • 2．粘度的测量 • IPC-SP-819 有关粘度测试标准如下： ① 测试温 度为（ 25 士 0 .25 ） ℃ ； ② 正式测量前，焊膏 在此温度下放置 2 小时； ③ 旋转速度为 5r / min ; ④ 粘度计探头沉入焊膏下 2.8cm; ⑤ 焊膏取样 瓶直径＞ 5cm ； ⑥ 每转两分钟读数一次，合计 5 次，取最后两次的平均值为样品的读数。

•3 ．触变系数的计算 •工程上用触变系数来表征锡膏的触变性能，而触变系数可以通过测试 锡膏粘度的方法来计算，计算公式为： • •优良的焊锡膏其触变系数较高，即锡膏在高剪切下粘度低，在低剪切 下粘度高•4．焊膏的印刷性能 •SMT 大生产中，首先要求焊膏能顺利地、不停地通过焊膏漏板或分 配器转移到 PCB 上，如果焊膏的印刷性不好就会堵死漏板上的孔眼 ，而导致生产不能正常进行其原因是焊膏中缺少一种助印剂或用量 不足，此外合金粉末的形状差、粒径分布不符合要求也会引起印刷性 能下降 •最简便的检验方法是：选用焊接中心距为0.5 mm或 0.63mm 的 QFP 漏印模板，印刷 30 ～50 块 PCB ，观察漏板上的孔眼是否堵死，漏 印模板的反面是否有多余的焊膏，再观察 PCB 上焊膏图形是否均匀 一致、有无残缺现象，若无上述异常现象，一般认为焊膏的印刷性是 好的 • 5.焊膏的粘结力 •焊膏印刷后放置一段时间（8h）仍能保持足够的粘性是必需的它可 以保证器件粘附在需要的位置上，并在传输过程中不出现元件的移动 最简单的方法是在PCB上放置 30g 左右的焊膏并推平，使其面积为 10cm2 左右，然后取面积为 1cm2 的铜板（厚0.5mm ) ，在它的中心 焊好一根带小钩的铜丝（Φ0.5mm) ，将铜片均匀地放在焊膏上，然 后用拉力计测其拉力．用拉力的大小表征焊锡青的粘结能力，并在 16h 后再复测一次。

一般在 25 ℃ 下，初始粘结力为 25 ～ 4kPa ； 16h 后为 1 . 5 ～3kPa •塌落度是描述焊膏印到 PCB 上并经一定高温后是否仍保持良好形状 的一种术语外观上见到焊膏图形互连现象，则说明焊膏己出现“塌 落”缺陷，这种现象往往会导致再流焊后出现“桥连”、“飞珠”等缺陷• 6．焊球试验 • 焊球试验表明了焊料粉末的氧化程度或焊锡膏是否浸入水 汽正常时，一定量焊锡膏在不润湿的基板上熔化后应形 成一个大球体，而不夹带一些附加的小球或粉状物若带 有则说明焊料粉末中含氧量高或受水汽浸入• 7 ．焊膏扩展率试验（润湿性试验） • 焊锡膏的扩展率试验表征焊锡膏活性程度，检验焊锡膏在 已氧化的铜皮上润湿和铺展能力通常，在铜皮上印有 Φ60mm、厚 0. 2mm的焊锡膏，再流焊后直径应扩大 10 ％～2％•8 ． 焊粉在焊膏中所占百分率（质量） •焊粉百分率高的焊膏，印刷后图形上焊膏较厚，经过烘干和热熔，焊 膏塌陷较小，易加强元件和塞片之间的连接强度，也有利于提高焊点 的抗疲劳强度但对于加工细间距 QFP 产品的焊膏，应注意焊膏中 焊粉含量的变化生产中常出现这样的现象：在生产的初期，产品质 量很好，但印刷时间长后，此时若不及时补加新焊膏， QFP 引脚常 常出现桥连现象。

其原因是印刷时间过久引起焊膏粘度增大，以及焊 粉的含量相对增高 •9．焊剂酸值、卤化物、水溶物电导率、铜镜腐蚀性、绝缘电阻测定 •有关焊膏中焊剂酸值、卤化物、水溶物电导率、铜镜腐蚀性试验、绝 缘电阻测定的意义同液态助焊剂的有关测试目的完全相同，仅是从不 同角度、用不同方法来测试焊膏的腐蚀性，以确保所使用的焊膏不仅 可焊性好，而且电气性能达到质量要求特别是随着环保意识的提高 ，大量采用免清洗焊膏，焊接后不再清洗，因此更要求焊膏安全可靠 • 配制焊膏是一门综合的技术，它涉及到金属学、冶炼化工和流变 学，综合因素较多 焊膏印刷机理印刷时先将模板窗口与 PCB 上焊盘图形对正，定位后， 然后放上足够数量的焊膏，就可以印刷了.在对刮刀施加压力的同时从左向右移动，使焊膏滚动 ，把焊膏填充到网板的开口部位进而，利用焊膏的触变 性和粘着性，把焊膏转到印制电路板上 印刷机工艺参数的调节与影响•1．刮刀的夹角 •刮刀的夹角影响到刮刀对焊膏垂直方向力的大小，夹角越小，其垂直 方向的分力越大，通过改变刮刀角度可以改变所产生的压力刮刀角 度如果大于 80度 ，则焊膏只能保特原状前进而不滚动，此时垂直方 向的分力几乎没有，焊膏便不会压入印刷模板窗开口。

刮刀角度的最 佳设定应在 45 ～60度范围内进行，此时焊膏有良好的滚动性 •2 ．刮刀的速度 •刮刀速度增加，会有助于提高生产效率；但刮刀速度过快，则会造成 刮刀通过模板窗口的时间太短，导致锡膏不能充分渗入窗口，因为锡 膏流进窗口需要时间，这一点在印刷细间距 QFP 图形时能明显感觉 到，当刮刀沿 QFP 一侧运行时垂直于刮刀的焊盘上焊膏图形比另一 侧要饱满，且如果刮刀速度过快，焊膏会影响滚动而仅在印刷模板上 滑动 •有的印刷机具有刮刀旋转 45度 的功能，以保证细间距 QFP 印刷时四 面焊膏量均匀最大的印刷速度应保证 QFP 焊盘焊膏印刷纵横方向 均匀、饱满，通常当刮刀速度控制在 20～40mm/s 时，板刷效果较好 通常在生产中，需要兼顾印刷质量与效率 •另外，刮刀的速度和锡膏的粘稠度也有很大的关系，刮刀速度越慢， 锡膏的粘稠度越大；同样，刮刀的速度越快，锡膏的粘稠度越小•3．刮刀的压力 •刮刀在水平运动同时，机构通常会对刮刀装置有垂直平衡，施加一个 正压力，即通常所说的印刷压力印刷压力不足时会引起焊膏刮不干 净，漏进模板窗口的锡膏量少，印刷电路板上锡膏量不足；如果印压 过大时又会导致模板背后的渗漏，故一般把刮刀的压力设定在 5 ～12N / 25mm左右。

理想的刮刀速度与压力应该以刚好把焊膏从模板表面刮干净为准 （1MPa=1N/mm2 ） •4 ．刮刀宽度 •如果刮刀相对于 PCB 过宽，那么就需要更大的压力、更多的焊膏参 与其工作，因而会造成锡膏的浪费一般刮刀的宽度为 PCB 长度（ 印刷方向）加上50 mm左右为最佳，并要保证刮刀头落在金属模板上 •5 ．印刷间隙 •印刷间隙是模板装夹后与印刷电路板之间的距离，关系到印刷后印刷 电路板上的留存量，该间隙增大，锡膏量增多通常保持 PCB 与模 板零距离（早期也要求控制在 0 ～0.5mm，但有窄间距QFP 时应为 零距离），部分印刷机器还要求 PCB 平面稍高于模板的平面，调节 后模板的金属模板微微被向上撑起，但此撑起的高度不应过大，否则 会引起模板损坏，从刮刀运行动作上看，刮刀在模板上运行自如，既 要求刮刀所到之处焊膏全部刮走．不留多余的锡膏，同时刮刀不应在 模板上留下划痕 •6 ．分离速度 •锡膏印刷后，钢板离开 PCB 的瞬时速度即分离速度，是关系到印刷 质量的参数，其调节能力也是体现印刷机质量好坏的参数，在精密印 刷中尤其重要早期印刷机的恒速分。