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什么是锡膏?
焊锡膏(Solder Paste),又称焊膏、锡膏,是由合金粉末、糊状焊剂和一些添加剂混合而成的具有一定黏性和良好触变特性的浆料或膏状体。它是 SMT 工艺中不可缺少的焊接材料,广泛应用于回流焊中。常温下,由于焊锡膏具有一定的黏性,可将电子元器件粘贴在PCB 的焊盘上,在倾斜角度不是太大,也没有外力碰撞的情况下,一般元件是不会移动的,当焊锡膏加热到一定温度时,焊锡膏中的合金粉末熔融再流动,液体焊料润湿元器件的焊端与 PCB 焊盘,在焊接温度下,随着溶剂和部分添加剂挥发,冷却后元器件的焊端与焊盘被焊料互连在一起,形成电气与机械相连接的焊点。焊锡膏是电路板上的粘合剂,正是由于焊锡膏的运用,电路板才能有那么快速的发展。
焊锡膏的组成
焊锡膏主要由合金焊料粉末和助焊剂组成。焊锡膏中合金焊料颗粒与助焊剂的体积之比约为 1 : 1,但是由于二者密度的差异, 其重量之比差异比较大。合金焊料粉约占总重量的 85%~90%,助焊剂重量占 15%~10%,即重量之比约为 9 : 1。
常用的合金焊料粉末有锡铅(SnPb)、锡铅银(SnPbAg)、锡铅铋(SnPbBi)和锡银铜(SnAgCu)等,常用的合金成分为 Sn63Pb37 及 Sn62Pb36Ag2。不同合金比例有不同的熔化温度。以 Sn-Pb 合金焊料为例,对应合金成分为 Sn63Pb37,它的熔点为 183 ℃。而SnAg3.0Cu0.5 的熔点为 216 ℃。
合金焊料粉末的形状、粒度和表面氧化程度对焊锡膏性能的影响很大。合金焊料粉末按形状分为无定形和球形两种。球形合金粉末的表面积小、氧化程度低、制成的焊锡膏具有良好的印刷性能。
在焊锡膏中,糊状助焊剂是合金粉末的载体,其中的活化剂主要起清除被焊材料表面及合金粉末本身氧化膜的作用,同时具有降低锡、铅表面张力的功效,使焊料迅速扩散并附着在被焊金属表面。黏结剂起到加大锡膏黏附性并保护和防止焊后 PCB 再度氧化的作用。
为了改善印刷效果和触变性,焊锡膏还需加入触变剂和溶剂。触变剂主要是用来调节焊锡膏的黏度及印刷性能,防止在印刷中出现拖尾、粘连等现象;溶剂在焊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。助焊剂的组成对焊锡膏的扩展性、润湿性、塌陷、黏度变化、清洗性质、焊珠飞溅及储存寿命均有较大影响。
组成
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使用的主要材料
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功能 |
合金焊料粉 |
Sn-Pb,Sn-Ag-Cu等 |
元器件和电路的机械和电气连接 |
助焊剂 |
焊剂 |
松香,合成树脂 |
净化金属表面,提高焊料浸润性 |
粘结剂 |
松香,松香脂,聚丁烯 |
提供贴装元器件所需黏性 |
活化剂 |
硬脂酸,盐酸,联氨,三乙醇胺 |
净化金属表面 |
溶剂 |
甘油,乙二醇 |
调节焊锡膏特性 |
触变剂 |
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防止分散,防止塌边 |
焊锡膏的分类
焊锡膏按熔点分高温焊锡膏(217 ℃以上)、中温焊锡膏(173~200 ℃)和低温焊锡膏(138~173 ℃);最常用的焊锡膏熔点为 178~183 ℃,随着所用金属种类和组成的不同,焊锡膏的熔点可提高至 250 ℃以上,也可降至 150 ℃以下,可根据焊接所需温度的不同,选择不同熔点的焊锡膏。
焊锡膏中通常含有卤素或有机酸成分,它能迅速消除被焊金属表面的氧化膜,降低焊料的表面张力,使焊料迅速铺展在被焊金属表面,但焊锡膏的活性太高也会引起腐蚀等问题,这需要根据产品的要求进行选择。按焊锡膏的活性可分为:活性(RA)、中等活性(RMA)、无活性(R)等类别。
焊锡膏黏度的变化范围很大,通常为 100~600 Pa·s,最高可达 1 000 Pa·s 以上。使用时依据施膏工艺手段的不同进行选择。
(1)有机溶剂清洗类。如传统松香焊膏(其残留物安全无腐蚀性)或含有卤化物或非卤化物活化剂的焊膏。
(2)水清洗类。活性强,可用于难以钎焊的表面,焊后残渣易于用水清除,使用此类焊锡膏印刷网板寿命长。
(3)半水清洗和免清洗类。一般用于半水清洗和免清洗的焊锡膏不含氯离子,有特殊的配方,焊接过程要氮气保护,其非金属固体含量极低,焊后残留物少到可以忽略,减少了清洗的要求。
试验室低温焊锡膏的妙用
锡膏一般都是在SMT厂使用,很少有在调试实验室中使用。一般来讲,很多硬件工程师接触到的都是直接回板的PCBA,就算需要焊接某些器件,针对焊盘比较大的器件,一般用烙铁就能搞定,如果更换一些IC的话,使用风箱也能搞定。
但是在更换一些连接器的时候,就比较头疼了,大部分的硬件工程师可能都不知道使用低温锡膏。连接器一般都是塑料的,熔点在200多度,如果使用风箱更换的话,可能就会把物料给吹融了,这个时候,如果使用138°左右的低温锡膏,事先涂抹在焊盘上,风箱的温度开到200°左右,这样既不会搞坏连接器,也能很好地把连接器焊接上。