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技术资料8 锡膏发干原因分析

1、锡珠产生原因及对策
   焊锡珠现象是表面贴装过程中的主要缺陷之一,它的产生是一个复杂的过程,也是最烦人的问题,要完全消除它,是非常困难的。 
   一般来说,焊锡珠的产生原因是多方面,综合的。焊膏的印刷厚度、焊膏的组
成及氧化度、模板的制作及开口、焊膏是否吸收了水分、元件贴装压力、元器件及焊盘的可焊性、再流焊温度的设置、外界环境的影响都可能是焊锡珠产生的原因。

   焊膏的选用直接影响到焊接质量。焊膏中金属的含量、焊膏的氧化度,焊膏中合金焊料粉的粒度及焊膏印刷到印制板上的厚度都能影响焊珠的产生。
A、焊膏的金属含量。焊膏中金属含量其质量比约为89%~91.5%当金属含量增加时,焊膏的黏度增加,就能有效地抵抗预热过程中汽化产生的力。另外,金属含量的增加,使金属粉末排列紧密,使其在熔化时更容易结合而不被吹散。此外,金属含量 的增加也可能减小焊膏印刷后的″塌落″,因此,不易产生焊锡珠。
B、焊膏的金属氧化度。在焊膏中,金属氧化度越高在焊接时金属粉末结合阻力越大,焊膏与焊盘及元件之间就越不浸润,从而导致可焊性降低。
C、焊膏中金属粉末的粒度。焊膏中粉末的粒度越小,焊膏的总体表面积就越大,从而导致较细粉末的氧化度较高,因而焊锡珠现象加剧。我们的实验表明:选用较细颗粒度的焊膏时,更容易产生焊锡珠。
D、焊膏在印制板上的印刷厚度。焊膏印刷后的厚度是漏板印刷的一个重要参数,通常在0.12mm-0.20mm之间。焊膏过厚会造成焊膏的″塌落″,促进焊锡珠的产生。

2、锡膏发干问题分析
   锡膏在使用过程中粘度上升、甚至发干会引发诸多问题,如印刷不良、漏印、下锡量减少、器件移位、飞片等,都会导致焊接良率大幅下降。造成锡膏发干的可能因素很多,大致可概括为使用条件原因和锡膏品质原因,但从本质上讲,都是由于助焊剂与锡粉发生化学反应所引起。


一. 使用条件
1. 回温:为了减缓助焊剂和锡粉的反应速度,延长保存时间,锡膏通常都需冷藏储存。在使用前必须将锡膏置于室温进行回温。一般来说500g装的锡膏必须至少回温2小时以上,以使锡膏的温度与环境温度相同并禁止使用。回温不足就打开密闭的罐盖,会导致空气中的水汽因为温差而凝结并进入锡膏,从而引起发干。 
  另外需要提醒的是,若使用锡膏自动搅拌机,则应缩短或取消回温过程。自动搅拌机一般采用离心式设计,高速旋转会使锡膏温度上升(上升幅度取决于搅拌时间)。


2. 环境温度及湿度:推荐使用环境温度为20-25℃,相对湿度30%-60%。温度过高会加快锡膏中溶剂的挥发速度及锡膏助焊剂与锡粉的反应速度(通常温度每升高10℃,化学反应速度约增加一倍),因此锡膏更易发干;温度过低又会影响锡膏的粘度及流变性能,易发生印刷缺陷。同样,湿度过高会使进入锡膏的水汽大大增加;湿度过低又会加快锡膏中溶剂的挥发速率。

二. 锡膏品质 
   锡膏品质问题是造成发干的最主要原因。这里所指的品质问题并非指供应商生产控制问题而造成的品质波动(事实上由这类波动引发发干的情况很少),而是指由于锡膏本身的设计缺陷所造成的不稳定。 
   锡膏是由锡粉和助焊剂混合而成,因此锡粉质量及助焊剂的稳定性都会对锡膏使用寿命产生影响,其中助焊剂的稳定性是决定锡膏是否容易发干的关键因素。
   所谓助焊剂的稳定性是指在常温下其物理、化学性能较为稳定,不易结晶或与金属发生反应等。众所周知,助焊剂的主要作用是去除焊料及母材表面的氧化物,这是一个化学反应过程。助焊剂要起到这一作用就必须具有活性,助焊剂的活性系统是焊接得以顺利进行的关键,活性越强去除氧化物的能力也越强,反之则弱。由于具有活性,锡膏在储存及使用过程中,助焊剂与锡粉的反应始终存在,只是在低温下反应速度非常缓慢,而在焊接温度时则快速发生。因此,常温下助焊剂与锡粉的反应速度决定了锡膏的使用寿命。 
   设计合理的锡膏助焊剂活性系统必须同时满足两个条件,即在焊接温度时具有强大活性以完成焊接,同时在室温时又能保持惰性。为达到这一目的,必须对活性基团进行特殊处理,使其在室温下不显示活性,而当温度上升到一定程度时能快速释放活性。易发干的锡膏往往活性系统中的活性基团在常温下就较为活跃,因此在印刷时,随着水汽及氧气的介入,加快了助焊剂与锡粉发生反应的速度,引起发干。
三. 结论 
   锡膏在储存和使用过程中始终存在化学反应。虽然这种反应是不可避免的,但设计合理的锡膏在正常使用条件下的反应速度应相当缓慢,使其使用寿命足以应付正常的生产需求。 易发干的锡膏往往是由于配方设计上的缺陷所造成。此外,保证符合要求的使用环境及规范操作可延长锡膏使用寿命。其它因素如溶剂在使用中挥发等也会对使用寿命产生影响,但不是主要因素

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