焊錫膏也稱錫膏（solderpaste），是由超細(xì)（20~75μm）球形焊錫合金粉末、助焊劑及其它添加物混合形成的膏狀體系。焊錫膏中焊錫粉的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)一般為80%～90%，焊劑的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)一般為10%～20%。焊膏合金粉依據(jù)熔融特性可分為有鉛共晶和無鉛非共晶兩種，而助焊物質(zhì)又由松香、活性劑、觸變劑、成膜物質(zhì)、溶劑等組成。
焊錫膏是伴隨表面組裝技術(shù)發(fā)展起來的一種新型焊接材料，是當(dāng)今電子產(chǎn)品生產(chǎn)中極其重要的輔助材料。上個世紀(jì)70年代，隨著表面組裝組件（SurfaceMountAssembly，簡稱SMA）的發(fā)展，焊錫膏應(yīng)運(yùn)而生。焊錫膏是電子產(chǎn)品表面組裝中重要的輔材，而它們的組分和特性，不僅影響著印刷和貼裝質(zhì)量，也決定著焊接質(zhì)量及產(chǎn)品的可靠性。國內(nèi)外對于焊錫粉的研究主要集中于顆粒粒度及其尺寸分布、抗氧化性、多元合金不同成分配比以及添加微量元素的作用等方面。對于助焊劑則主要集中于成分及其比例、擴(kuò)展率、粘性、腐蝕性等方面。
焊錫膏在微電子制造中，被用于芯片與芯片之間、芯片與PCB板之間的互連。這種互連工藝對于提高設(shè)備的性能和穩(wěn)定性至關(guān)重要。助焊劑的微膠囊化處理以及在焊劑中加入納米粒子而不引發(fā)惡性交互作用從而發(fā)揮微合金優(yōu)勢，也將是焊錫膏今后的一大研究方向。
發(fā)展歷史
焊錫膏是伴隨表面組裝技術(shù)發(fā)展起來的一種新型焊接材料，是當(dāng)今電子產(chǎn)品生產(chǎn)中極其重要的輔助材料，其質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系到表面組裝組件（SurfaceMountAssembly，簡稱SMA）品質(zhì)的好壞，因此受到了電子行業(yè)的廣泛重視。焊膏由超細(xì)（20－75微米）的球形焊錫合金粉末、助焊劑及其它添加物混合形成的膏狀體系。這種膏狀體在常溫下具有一定的粘性，可將電子元件初粘在既定位置，在焊接溫度下，隨著焊錫合金的熔化、溶劑和部分添加劑的揮發(fā)，將被焊元器件與基板互聯(lián)在一起形成永久連接。
傳統(tǒng)焊錫多以錫鉛為主要成分，這種材料以其熔點(diǎn)低、焊接性能好、價格優(yōu)惠而成為一種經(jīng)典產(chǎn)品被使用至今。但鉛的大量使用會給人類和環(huán)境帶來極大的危害，日本、歐盟、美國、中國等國家和地區(qū)都積極立法限制鉛的使用。國內(nèi)外對于焊錫粉的研究主要集中于顆粒粒度及其尺寸分布、抗氧化性、多元合金不同成分配比以及添加微量元素的作用等方面。對于助焊劑則主要集中于成分及其比例、擴(kuò)展率、粘性、腐蝕性等方面。
上個世紀(jì)70年代，隨著smt的發(fā)展，焊錫膏應(yīng)運(yùn)而生。SMTSMT貼片，是指在PCB焊盤上印刷、涂布焊錫膏，并將表面貼裝元器件準(zhǔn)確的貼放到涂有焊錫膏的焊盤上，按照特定的回流溫度曲線加熱電路板，讓焊錫膏熔化，其合金成分冷卻凝固后在元器件與印制電路板之間形成焊點(diǎn)而實(shí)現(xiàn)冶金連接的技術(shù)，主要用于SMT行業(yè)PCB表面電阻、電容、IC等電子元器件的焊接。
1985年開始引進(jìn)SMT生產(chǎn)線批量生產(chǎn)彩電調(diào)諧器以來，中國電子制造業(yè)應(yīng)用SMT技術(shù)已近30年。在早些時候，錫膏印刷這一工藝技術(shù)對大眾來說還相對的陌生。但是隨著消費(fèi)類電子產(chǎn)品的市場規(guī)模越來越大，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期越來越快，產(chǎn)品在追求高品質(zhì)、高穩(wěn)定和便攜性的要求下，錫膏印刷在許多電子產(chǎn)品、各種SMT生產(chǎn)工藝的應(yīng)用也越來越多，錫膏印刷技術(shù)的發(fā)展也得到了快速的提升。
組成
焊錫膏主要由焊錫合金微粉與具有助焊功能的助焊劑混合而成的膏狀材料。焊錫合金微粉占很大比例（80%以上），是焊膏的主體，也是焊后唯一有用的剩余物質(zhì)，其余部分是助焊劑和為防止膏體分層而添加的支撐劑、為調(diào)節(jié)膏體觸變特性而添加的觸變劑等化學(xué)成分。表1-1列出了一般情況下焊膏中的焊粉與助焊劑的比例。
焊料粉末（焊錫粉）
焊錫微粉主要是由焊錫合金經(jīng)粉碎處理而得到的，一般的處理方法為化學(xué)還原、電解沉積、機(jī)械粉碎以及霧化制粉等。雖然粉末的制備方法很多，但從過程的實(shí)質(zhì)來看，現(xiàn)有制粉方法大體上可以分為兩類，即機(jī)械法和物理化學(xué)法。機(jī)械法是將原材料機(jī)械的制成粉末，而化學(xué)成分基本上不發(fā)生變化的工藝過程；物理化學(xué)法是借助化學(xué)的或物理的作用，改變原材料的化學(xué)成分或聚集狀態(tài)，而獲得粉末的工藝過程。所有這些制備方法中以霧化法所制備的粉末最適宜于制備焊膏。霧化法是將配好的焊錫合金，加熱熔化，經(jīng)霧化裝置，用CO2、N2、Ar或者空氣作用使其粉化的方法。霧化制粉并未影響原來焊錫合金的性能，保護(hù)氣氛環(huán)境下并未帶來其它影響介質(zhì)，而且此法可使焊粉呈球狀或近球狀，滿足焊膏對粉末的形狀、粒度、含氧量和流動性的要求。焊錫粉末的粒度、形態(tài)及均勻性對焊膏的印刷性能具有重要的影響。粉末的形狀以圓球狀、粒經(jīng)均勻一致為佳，這樣才不會影響印刷的均勻性和分辨率。此外，球狀粉末的表面積最小，比不規(guī)則粉末顆粒的表面氧化程度要低，而粉末的含氧量也是影響焊膏性能的一個關(guān)鍵因素。不管哪種方法生產(chǎn)焊錫微粉，都會生產(chǎn)粗粉和細(xì)粉，須進(jìn)行分級，使焊粉處在所規(guī)定的粒度范圍。國內(nèi)除了個別單位用風(fēng)力分級外，大部分用手工或振動篩分級。制備焊膏用的焊錫粉末的粒度一般控制在20um～45um之間，這在表面組裝業(yè)內(nèi)被定義為Ⅲ型粉和Ⅳ型粉。過粗的粉末（70um以上）會導(dǎo)致焊膏的黏結(jié)性能變差，易于出現(xiàn)器件的易位、橋聯(lián)，甚至脫落。隨著細(xì)間距焊接需求的增加，印制板上的圖形更加精細(xì)，業(yè)內(nèi)越來越多的使用20um以下的粉末配制的焊膏。然而，采用超細(xì)粉末勢必增大表面積，會使表面含氧量增加，故對粉末的保護(hù)成為一大難關(guān)。
目前，電子工業(yè)廣泛使用的依舊是傳統(tǒng)的SnPb系含鉛焊料及焊粉，該環(huán)境下的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。但是，隨著電子工業(yè)的迅速發(fā)展和全球環(huán)保意識的增強(qiáng)，SnPb焊料所引起的環(huán)境和健康問題日益受到“綠色組織”的關(guān)注，各國政府紛紛出臺了相關(guān)的法律法規(guī)來限制含鉛焊料的使用，發(fā)達(dá)國家已經(jīng)禁止含鉛焊料在本國的使用。針對這一情況世界各國都在夜以繼日的開發(fā)錫鉛焊料的代替品—無鉛焊料。其中以錫銀銅系無鉛焊料各項(xiàng)性能接近錫鉛焊料，有替代錫鉛焊料的可能，目前錫銀銅系無鉛焊料的研究和生產(chǎn)無疑是焊料和焊粉發(fā)展的熱點(diǎn)。
助焊劑
被焊金屬表面通常都會存在不同程度的氧化層，這些氧化層往往會對焊接造成很大的障礙，妨礙焊縫的形成。在焊接時要使用某些物質(zhì)去除被焊材料表面的氧化物，起到助焊的作用，把這種能夠凈化被焊金屬表面、幫助焊接的物質(zhì)稱為助焊劑。助焊劑是一種具有綜合性能的有機(jī)和無機(jī)化合物混合物。焊膏用助焊劑不同于一般助焊劑，它要求不僅有著良好的助焊活性，而且還要求具有與焊錫粉末易成膏狀、焊錫粉末易懸浮、對焊料的保護(hù)性，以及觸變特性、粘彈性和熱穩(wěn)定性等。
助焊劑的組成
助焊劑成分非常復(fù)雜，有人稱其為一大系統(tǒng)組合物。該系統(tǒng)一般包含活性劑、成膜劑（保護(hù)劑）、溶劑、催化劑、表面活性劑、流變調(diào)節(jié)劑、熱穩(wěn)定劑等多種有機(jī)和無機(jī)物。
助焊劑的分類
根據(jù)焊劑對焊點(diǎn)腐蝕性的不同，焊劑可分為非腐蝕性助焊劑、緩蝕性助焊劑以及腐蝕性助焊劑三類。若按其化學(xué)組成來分，則可分為有機(jī)系助焊劑和無機(jī)化合物系助焊劑。隨著助焊劑技術(shù)的發(fā)展出現(xiàn)了特種助焊劑，它以清洗方式的不同將助焊劑分為松香基助焊劑、水性助焊劑、免清洗助焊劑三類。
附加物及添加劑
焊錫膏主要是由焊錫微粉和助焊劑兩大部分組成，但將兩者簡單混合并不能制備出性能穩(wěn)定的焊錫膏。為滿足良好的印刷適性和存儲穩(wěn)定性，還需要添加少量能夠調(diào)節(jié)其性能的其它成分，比如，可加入能夠防止焊膏分層的支撐劑、確保印刷時不出現(xiàn)脫尾、粘連的潤滑劑，調(diào)節(jié)膏體觸變性能而添加的觸變劑和流變調(diào)節(jié)劑等成分。
分類
焊膏合金粉依據(jù)熔融特性可分為有鉛共晶和無鉛非共晶兩種。
有鉛共晶
阿爾法有鉛焊錫膏OL-107E
阿爾法有鉛焊錫膏OL-107E是一種針對精細(xì)模板印刷表面封裝應(yīng)用的無鹵化物有鉛焊錫膏。
雖然OL-107E助焊劑沒有毒性，但在一般回流應(yīng)用時會產(chǎn)生少量的反應(yīng)和分解蒸汽。這些蒸汽應(yīng)能從工作空間中完全排出。
無鉛非共晶
高溫?zé)o鉛焊錫膏
Sn-Ag（-Cu）系
Sn-Ag系共晶成分為Sn3.5Ag，共晶點(diǎn)為221℃。此系列發(fā)展最成熟的是Sn-Ag-Cu（SAC）系，Sn3Ag0.5Cu（SAC305）是日本電子信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(JEITA)所推薦的焊錫，是此系列的經(jīng)典產(chǎn)品。這種合金具有優(yōu)良的物理性能和高溫穩(wěn)定性，其焊接后的連接強(qiáng)度與傳統(tǒng)錫鉛共晶焊錫相同，甚至更高。在剛剛開始推行無鉛化時，大多數(shù)廠商都會選擇SAC305。由于Ag價格的不斷攀升，各機(jī)構(gòu)都在致力研究含Ag在1%以下的低銀焊錫膏。
Senju作為焊料的研究應(yīng)用先驅(qū)，到目前已經(jīng)申請了一系列專利。如2004年申請的含Ag為0%~8%，Cu為0%~5%的SAC焊錫，此焊料可以滿足回流溫度但無法消除立碑效應(yīng)。2006年申請Ag為0.3%~0.4%的Sn-Ag-Cu-P焊錫，其聲明具有和SAC305相同的可焊性、導(dǎo)電性、力學(xué)性能、并且可減少Ag與酸堿反應(yīng)帶來的毒性問題。2010年申請一種Sn-Ag基焊料，Ag含量為0.2%~1.0%，并添加微量的Sb、Cu或Ni、Co、Fe、Mn、Cr、Mo或P、Ga、Ge。添加這些元素可以提高其機(jī)械強(qiáng)度，但若添加量過高則合金的液相溫度也會隨之升高。該款合金聲稱可以消除焊接時產(chǎn)生的立碑現(xiàn)象。從Senju的專利申請情況看，其有著長遠(yuǎn)的研發(fā)目標(biāo)和戰(zhàn)略布局，專利覆蓋面廣，對市場發(fā)展方向有著明確的認(rèn)識。Koki研制的低銀焊錫膏組分為Sn0.1Ag0.7Cu0.03Co，熔點(diǎn)為217~227℃。銀添加量的減少，使得產(chǎn)品市場波動性降低。鈷可防止由熱循環(huán)導(dǎo)致的組織變化，可保持組織致密，抑制時效性金屬間化合物的偏析及凝聚，成本比SAC305減少10%~20%。Genma開發(fā)的低成本無銀焊錫其組分為Sn0.7Cu0.03Ni0.01Co0.005Ge，熔化溫度為226~228℃，添加和鈷可以提高焊錫的強(qiáng)度和可靠性，其成本比SAC305減少54%。
Sn-Cu系
Sn-Cu的共晶成分為Sn0.7Cu，共晶溫度高達(dá)227℃，在該溫度下銅與錫反應(yīng)形成錫基質(zhì)相位的共晶結(jié)構(gòu)。由于Cu和Sn合金是以兩種金屬間化合物Cu6Sn5(η)和Cu3Sn(ε)的形態(tài)分散在Sn中。Cu6Sn5為良性合金層，呈球狀結(jié)晶，強(qiáng)度高，是焊點(diǎn)電接觸性能和強(qiáng)度的根本保證；而Cu3Sn是劣性合金層，它位于銅層與Cu6Sn5之間，呈骨針狀結(jié)晶，脆性，直接影響到焊點(diǎn)的電接觸和強(qiáng)度性能，并會造成不潤濕現(xiàn)象。目前對此合金系的改性主要表現(xiàn)在添加微量的Ni、Ag、Bi等，用于增加焊料的流動性及其機(jī)械性能。此款焊料的優(yōu)點(diǎn)是價格便宜，且可以抑制焊料工作時對PCB焊盤Cu層的浸析。
Sn-Sb系
Sn-Sb合金熔化區(qū)間較窄為240~250℃，比較主流的合金比例有：Sn5Sb、Sn10Sb。Sn5Sb被認(rèn)為可能替代Sn40Pb，其潤濕角為35°~55°，比Sn40Pb的20°~35°范圍要廣，且在100℃時有著良好的剪切強(qiáng)度。
常溫下Sn5Sb的組織由體心四方結(jié)構(gòu)的β-Sn和面心立方結(jié)構(gòu)的β-Sn-Sb相組成。隨著Sb含量的增加，Sn-Sb相顆粒在Sn基體中沉淀，其力學(xué)性能也隨之提高。Zeng等發(fā)現(xiàn)Sn10Sb5Cu的焊接溫度可高達(dá)340~400℃，并有著更廣范圍的潤濕角。El-Daly等向Sn5Sb焊料中分別添加0.7Cu和0.7Ag，發(fā)現(xiàn)這兩款焊料有更好的抗蠕變性和斷裂時間的配比，其最小蠕變率分別小于70%和50%。之所以能這么明顯地改變其蠕變行為是因?yàn)槌薙n-Sb金屬間化合物在Sn基體中沉淀，還生成了Ag3Sn和Cu6Sn5兩種金屬間化合物，前者的效果更顯著是因?yàn)橛驳腃u6Sn5和細(xì)晶粒的Sn-Sb金屬間化合物相互作用，Cu6Sn5在保持細(xì)晶粒尺寸的同時還起到了固溶強(qiáng)化的作用。
中溫?zé)o鉛焊錫膏
Sn-Bi-Ag（Cu）系
Sn-挪威管理學(xué)院Ag合金的共晶成分為Sn58Bi0.3Ag。HiroshiOhtani等研究發(fā)現(xiàn)：其熔點(diǎn)接近Sn-Bi合金，當(dāng)Bi含量接近50%時，其固液相區(qū)溫度間隔小于l0℃；當(dāng)Ag的含量大于2%時，生成金屬間化合物Ag3Sn。S姚ebo等對Sn100-xBi10Agx(x=3%-10%)焊料進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)Cu3Sn層僅存在于Cu基界面處，Cu6Sn5存在于基質(zhì)界面及焊料內(nèi)部，Ag僅僅存在于Ag3Sn中。Ag含量的改變不會顯著改變其接頭的微觀結(jié)構(gòu)，但Ag3Sn的尺寸會隨Ag的增加而長大；Cu3Sn層的厚度會隨Ag的增加而減小。
由于Ag為貴金屬，會添加微量的Cu來代替Ag。開發(fā)出一種新型中溫?zé)o鉛焊錫膏，推出兩款不同熔點(diǎn)的合金：Sn30Bi0.5Cu和Sn17Bi0.5Cu。Sn-Bi-Cu（SBC）含有較多的Bi，因而潤濕效果好。SBC相比Sn58Bi焊料，由于降低了Bi含量又加入了Cu，因而具有更好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，且生成細(xì)小彌散的Cu6Sn5阻礙Bi的富集與長大，成本上，其明顯低于含1個Ag的Sn35BilAg。
Sn-Zn系
Sn-Zn共晶(Sn9Zn)點(diǎn)199℃，比SAC的共晶溫度（217℃）低20℃，比Sn-Pb的（183℃）高15℃，是熔點(diǎn)最接近Sn-Pb熔點(diǎn)的合金。通常情況下，焊接部分的凸點(diǎn)下金屬(UBM)使用銅，而使用Sn-Zn合金就會生成鋅和銅的金屬化合物，這種金屬化合物在高溫高濕環(huán)境下會變?nèi)彳洠B接強(qiáng)度會變?nèi)酰灰谕裹c(diǎn)下金屬上使用鎳電鍍或金電鍍就可以解決此類問題。另外，由于Zn活性高，極易氧化，工藝條件難控制等缺點(diǎn)，目前在國內(nèi)的應(yīng)用并不廣泛，但是這卻是日本及其重視并大力開發(fā)的一款合金，未來應(yīng)用前景非常廣闊。
Senju申請的一種Sn-Zn基錫膏專利。在助焊劑溶劑中加入至少一種粒徑為5~300nm的Au、Ag、Cu納米粒子，這些粒子均勻地分散在溶劑中，回流焊時Zn幾乎不固溶于Sn，納米粒子會充當(dāng)晶核與Zn形成鋅Ag，Zn-Au，Zn-Cu的細(xì)小彌散物。大量金屬間化合物的晶核會均勻分布于整個軟焊料中，所以即使是在高濕熱環(huán)境中也可以顯著改善錫膏與銅基之間的結(jié)合力，并有著良好的耐熱性和防潮性。此外，Sn-Zn-Al的研究也是中溫材料中的一個重點(diǎn)方向。加入一種更活潑的元素Al，可以使Al與氧氣反應(yīng)從而保護(hù)Zn不被氧化，進(jìn)而提高Sn-Zn合金的潤濕性。生成的Al2O3薄膜包圍著Al使得水汽和其它物質(zhì)無法與之反應(yīng)，這就使得Al有了極好的防潮性和抗腐蝕性，這也使得它能應(yīng)用于高濕度的環(huán)境中。
低溫?zé)o鉛焊錫膏
Sn-Bi系
Sn-Bi合金共晶（Sn58Bi）點(diǎn)為139℃，采用這種焊料的實(shí)裝溫度可降到200℃以下。Sn-Bi系無鉛焊料具有熔點(diǎn)低、潤濕性良好的優(yōu)點(diǎn)，Sn58Bi共晶合金應(yīng)用于主板封裝已經(jīng)超過20年。但由于其易偏析，焊接接頭容易剝落等缺陷限制其應(yīng)用范圍。HuXiaowu等研究了等溫時效時，Bi偏析對Cu/Sn58Bi/Cu夾層中銅Sn金屬間化合物非對稱生長的影響。夾層中金屬間化合物依次為：Cu3Sn、Cu6Sn5、Sn-Bi，隨時效Bi會因重力作用向下擴(kuò)散，最后沉積在Cu3Sn金屬間化合物中，Bi的偏析加速了Cu6Sn5層的生長，抑制了Cu3Sn層的生長。
日本市場上有兩款低溫產(chǎn)品已經(jīng)投入使用：Sn8Zn3Bi和Sn-Ag-Bi-In。Sn8Zn3Bi與錫鉛共晶焊錫差別不大且熔化溫度較低，可直接使用現(xiàn)在的封裝環(huán)境。日本電氣和夏普已經(jīng)在臺式機(jī)和筆記本電腦中使用了此款焊錫，但由于鋅易氧化，工藝比較難控制。Sn-Ag-Bi-In在連接可靠性及潮濕敏感度等方面具有優(yōu)勢，因此大多數(shù)設(shè)備廠商均使用了該類焊錫，此焊錫的缺點(diǎn)是含In，價格偏高。
Sn-In系
Sn-In共晶（Sn52In）點(diǎn)是120℃。由于In單價高，NCMS建議In添加量應(yīng)低于1.5%。Seyyedi等的研究表明，經(jīng)過長時間的室溫時效后Sn52In合金的顯微組織明顯粗化，所以In主要是作為微量元素添加進(jìn)其他合金中來改善其熔點(diǎn)，潤濕性、流動性等性能。泰公司研究表明：Sn52In中可以溶解1%以下的Au，對于Sn、In、Au來說，生成的金屬間化合物AuIn2起到一個擴(kuò)散屏障作用，能有效地阻止Au鍍層的溶解。且該種焊料具有對錫化科瓦合金、玻璃和釉面的焊接能力，所以這是一款很有潛力的焊錫。
制備
焊錫膏是由焊錫合金粉末和助焊劑以及添加物所組成。
焊料粉末
合金焊料粉末是焊膏的主要成分，在焊膏中的占有量約為80％～90％（wt％）。常用的合金焊料粉末有錫－鉛（Sn-Pb）、錫－銀（Sn-Ag）、錫－銀－鉍（Sn-Ag-Bi）、錫－銀－銅（Sn-Ag-Cu）、錫－鋅（Sn-Zn）、錫－銅－銦（Sn-銅In）和錫－銀－鉍－銅－鍺（Sn－Ag－Bi－Cu－Ge）等。錫銀銅系無鉛焊料由于其價格優(yōu)勢、相對較低的熔點(diǎn)、優(yōu)良的機(jī)械性能和焊接性能，倍受電子工業(yè)的青睞，成為最受歡迎的無鉛焊料。
助焊劑
按比例調(diào)配
焊錫膏是由焊錫粉和焊劑組成。其焊錫粉的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)一般為80%～90%，焊劑的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)一般為10%～20%。隨著焊膏所應(yīng)用的領(lǐng)域不同,即對于不同的焊錫粉及不同的焊劑，焊膏中焊錫粉與助焊劑的具體比例也各不相同。
配制
助焊劑以低腐蝕、易清洗、低殘留三大原則為前提，所選用的活性物質(zhì)為緩蝕性的有機(jī)酸或者有機(jī)胺，溶劑和成膜物質(zhì)優(yōu)選水溶性的試劑，制備采取粉末與焊劑按比例常溫混合，同時用玻璃棒攪拌十分鐘左右，攪拌速度以1～2c/s為宜。
性能指標(biāo)
黏度是焊錫膏的主要性能指標(biāo)。
（1）焊錫膏中助焊劑成分對黏度有一定的影響，所以，制備焊錫膏時首先應(yīng)對助焊劑的成分進(jìn)行匹配、優(yōu)化使其達(dá)到適當(dāng)?shù)酿ざ龋挥杏靡欢ざ鹊闹竸┲苽涑龅暮稿a膏才有可能達(dá)到相應(yīng)的黏度標(biāo)準(zhǔn)。
（2）助焊劑含量對焊錫膏黏度起著重要的作用，一般助焊劑在焊錫膏中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9%~12%。
（3）焊錫粉種類及粒度對焊錫膏的黏度也有一定的影響，在制備焊錫膏時應(yīng)根據(jù)不同的焊錫粉，通過助焊劑成分及含量對其黏度進(jìn)行調(diào)節(jié)。
（4）溫度對焊錫膏的黏度影響較大，一般情況下，焊錫膏在(23±3)℃使用。
（5）通過JIS測定可以全面了解焊錫膏在不同回轉(zhuǎn)數(shù)下黏度的變化情況，也可以進(jìn)一步了解焊錫膏的觸變性及印刷性。
應(yīng)用領(lǐng)域
發(fā)展現(xiàn)狀
隨著通信設(shè)備、電子計算機(jī)、家用電子電器、電子元器件產(chǎn)品等典型電子產(chǎn)品向超大規(guī)模集成化、數(shù)字化、微型化方面發(fā)展，使得表面安裝技術(shù)（SMT）成為目前以及未來電子組裝的主流技術(shù)，而焊膏印刷是SMT的第一道工序，它影響著后續(xù)的貼片、回流焊、清洗、測試等電子組裝工序，直接決定著電子產(chǎn)品的質(zhì)量及其可靠性。隨著超細(xì)引腳間距(<0.5mm)的發(fā)展，要求每個焊盤印刷焊膏量少、精確度高、一致性好，使焊膏技術(shù)成為一門精密的高新技術(shù)。
國內(nèi)外在焊錫合金粉末和助焊劑系統(tǒng)兩大方面都有研究。對于焊錫合金微粉主要集中于顆粒粒度，抗氧化性，顆粒尺寸分布，二元或多元合金成分對其機(jī)械、電學(xué)、熱學(xué)性能影響，以及雜質(zhì)和添加元素的作用原理等方面。對于助焊劑則主要集中于配方物質(zhì)及其比例、粘性、流變性、揮發(fā)性、腐蝕性、殘留物特性等方面。總體說來，焊膏在國內(nèi)外研究表現(xiàn)為四個方面：
改進(jìn)型焊膏
改進(jìn)型焊膏的助焊劑各組分都經(jīng)過嚴(yán)密的篩選及再加工，其制備工藝也相對較為復(fù)雜。在不降低助焊劑活性的前提下，調(diào)整助焊劑成分，由松香樹脂向人造樹脂轉(zhuǎn)變，主要用于降低焊后殘留量和降低殘留物的腐蝕性。但是兩者本身就存在很大的矛盾性，一般助焊劑組成物質(zhì)的活性與腐蝕性呈現(xiàn)正比趨勢。降低了殘留物的腐蝕性必將要以失去活性為代價，因此，探求兩者的適配點(diǎn)成為眾多電子組裝工作者研究的重點(diǎn)。然而，天然的物質(zhì)很難達(dá)到這一要求，一部分工作者們將研究的重心轉(zhuǎn)向了人造樹脂或者活性物質(zhì)方面。美國人主要研究從松香中提取出有用物質(zhì)，尋求松香中活性強(qiáng)而焊后殘留物少的中性物質(zhì)。俄羅斯工作者主要傾向于合成活性近似于鹵族元素的新型活性物質(zhì)，工作的重心放在制備活性強(qiáng)的水溶性助焊劑，以實(shí)現(xiàn)焊膏的高活性與易水洗。日本電子株式會社焊接界則將工作的重點(diǎn)放在組成物質(zhì)的復(fù)配處理上面，主要思路是用少量的極高活性物質(zhì)與中等活性的活性劑基體復(fù)配，以達(dá)到兩者互相促進(jìn)的目的。
水溶性焊膏
水溶性助焊劑是目前高、精、尖領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。研究思路主要是調(diào)整不溶于水的脂松香等物質(zhì)含量，添加某些溶于水的活性物質(zhì)，尋求活性與水溶性之間的最佳配合。這類助焊劑焊后的殘留物一般都需要清洗工藝，清洗后可完全去除殘留物，達(dá)到美化焊點(diǎn)的目的。因此，其殘留量和腐蝕性并不是研究者所最為關(guān)心的，開發(fā)者只需要確保焊后殘留物易溶于水即可。而且這類助焊劑的焊接活性一般是可調(diào)的，有很大的活度范圍可供選用。俄羅斯電子焊接材料制造者是這類焊劑的主要開發(fā)者，該國主要研制含鹵族元素有機(jī)助焊劑或者無機(jī)化合物酸助焊劑。但是，鹵素亦是一種慎用物質(zhì)，其用量和發(fā)展前景受到限制，而且無機(jī)酸助焊劑主要用于反應(yīng)焊接和堆焊，在電子焊接領(lǐng)域應(yīng)用并不廣泛。各國關(guān)于水溶性助焊劑的研制目前屬于低谷階段，主要是由于免清洗助焊劑巨大的吸引力和強(qiáng)大的市場潛力使得開發(fā)商著眼于降低殘留的助焊劑的研制。隨著電子產(chǎn)品向輕、薄、小方向的發(fā)展，目前水溶性助焊劑有望重新回溫。因此，這對我國將是一個良好的機(jī)會，而且我國工作者已經(jīng)做了相應(yīng)的工作，并有產(chǎn)品問世，如國內(nèi)某家研究機(jī)構(gòu)開發(fā)的有機(jī)高分子化合物水溶性熱風(fēng)整平助焊劑,該產(chǎn)品已在中外合資維用-長城電路有限公司,中車株洲電力機(jī)車有限公司等印制板企業(yè)的實(shí)際應(yīng)用。
免清洗焊膏
免清洗焊錫膏焊接后沒有殘留物或者極少，不用清洗。具有松香樹脂含量低、低離子殘?jiān)⒌?a href="/hebeideji/7222848235428823101.html">鹵族元素含量、助焊性能良好（可不用氮?dú)?/a>保護(hù)）等特點(diǎn)。從而在降低成本、提高質(zhì)量、提高效率、保護(hù)環(huán)境等方面很有優(yōu)勢，受到用戶的歡迎。免清洗焊膏主要是向低殘留量方向發(fā)展，低殘留助焊劑的固形物含量低是為了在焊接過程中固形物少而且可以揮發(fā)完全,僅留下極少量殘留物，以實(shí)現(xiàn)免清洗的目的。目前，免清洗焊膏的助焊劑正在向低殘留免清洗和超低殘留免清洗方向發(fā)展。免清洗助焊劑與免洗焊膏在固形物含量上有差別,免洗助焊劑固形物含量在20%～50%之間,低殘留免清洗助焊劑的固形物含量低些;免清洗焊膏的固形物含量在2%～7%之間,低殘留免清洗焊錫膏的固形物含量在2%左右。美國的阿爾法公司、日本的株式會社電子焊接部門均有相關(guān)的免清洗助焊劑用于工業(yè)生產(chǎn)，目前他們又將應(yīng)用領(lǐng)域瞄向了要求更為嚴(yán)格的高集成電路和軍用線路板的使用領(lǐng)域，開發(fā)的重點(diǎn)仍舊是在不降低活性的前提下進(jìn)一步減少殘留量。我國目前對免清洗助焊劑的研究主要停留在殘留量在20％以下這樣的一個水平上，對于殘留在10％以下的目前只在一些專利上有相關(guān)的介紹，而更低殘留量的助焊劑的研制目前一直處于實(shí)驗(yàn)室階段。
無鉛焊膏
鉛是對人體危害性極大的一種重金屬，全世界每年消耗的鉛金屬約為400,000噸，其中20,000噸用于電子行業(yè)用的料。電視、電腦、手機(jī)、音響等電子產(chǎn)品，都含有大量的鉛。線路板上的鉛給電子垃圾回收處理帶來困難，并且成本很高，傳統(tǒng)對電子垃圾采用簡單的填埋或焚燒方式處理，這樣就很容易使其中所含的鉛、鎘等重金屬有毒物質(zhì)滲入地下，嚴(yán)重污染土壤和地下水資源，并通過植物、動物進(jìn)而危害人體健康。無鉛焊膏是順應(yīng)法規(guī)、環(huán)保、市場的一種必然趨勢的“綠色焊膏”。無鉛化的含義主要是指：焊錫膏所選用的焊錫粉末中不含有鉛元素。由于近年來國際社會關(guān)于無鉛化出臺了諸多的法令，如日本2001年:《家用電器回收再利用法》、歐盟2003年：WEEE：《電子及電氣設(shè)備廢棄物處理法》、RoHS《關(guān)于限制在電子電器中使用某些有害物質(zhì)的指令》、2004年:《電子垃圾處理法》、我國2003年:《電子信息產(chǎn)品生產(chǎn)污染防冶管理辦法》等均對鉛的用量作出嚴(yán)格限制，甚至最終達(dá)到全面禁止。其中走在前面的是美國、日本、俄羅斯以及歐盟，我國目前只是做一些相應(yīng)的消極治理的工作，并沒有制定嚴(yán)格的法規(guī)來限制鉛的使用。在電子焊接中的焊膏，目前仍舊大量使用含鉛焊料的焊膏和一些含鉛少的昂貴焊料，焊膏的無鉛化在我國仍舉步為艱。面對含鉛焊錫禁用政策和國際環(huán)保政策，我國對無鉛焊膏的開發(fā)應(yīng)用不僅勢在必行，還必須加大開發(fā)力度，盡快跨入無鉛技術(shù)領(lǐng)域。
現(xiàn)在高新電子科學(xué)技術(shù)己滲透到國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域，特別是航空、航天、航海、交通及軍事等領(lǐng)域內(nèi)，迫切需求用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，特別是用SMT技術(shù)來進(jìn)行改造與提高。例如，在航天電子產(chǎn)品上，由于采用了SMT技術(shù)，可大大提高航天產(chǎn)品的可靠性、安全性、和工作壽命。據(jù)某部門介紹，航天電子產(chǎn)品采用SMT工藝技術(shù)后，該產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)提高了一個數(shù)量級。同時，隨著SMT技術(shù)的推廣應(yīng)用，減少了體積，減輕了重量，延長了工作壽命。特別是在軍事電子裝備上，由于采用了SMT技術(shù)，顯示出很多方面的優(yōu)越性。當(dāng)前國內(nèi)大多數(shù)航天，航空、航海、交通及軍事電子等行業(yè)，都急需一定要求的SMT工藝和設(shè)備，隨著新型元器件的推廣應(yīng)用，特別是MCM（MultiChipModule）、CSP（ChipSizePackage）等技術(shù)的發(fā)展，高精度、高密度、高質(zhì)量、高可靠的SMT工藝和設(shè)備必將成為發(fā)展的主流。目前，SMT生產(chǎn)線耗材——焊膏，其配方和制作方法都是保密的專利，我國研究開發(fā)焊膏的單位很少，一般為傳統(tǒng)型產(chǎn)品，而且質(zhì)量也較差。所以電子生產(chǎn)行業(yè)使用的焊膏絕大部分是進(jìn)口和代理商的產(chǎn)品，價格昂貴，兼容性差。如果在國內(nèi)領(lǐng)先一招，投入一定的資金開發(fā)SMT用水溶型、免清洗型、無鉛型等系列新型優(yōu)質(zhì)焊膏，不僅可以提高我國電子組裝材料與工藝水平，與國際接軌，還能搶占潛在的巨大應(yīng)用市場，帶來顯著的社會與經(jīng)濟(jì)效益。
發(fā)展方向
無鉛、無鹵化是錫膏發(fā)展的大趨勢，隨著環(huán)保意識的增強(qiáng)，各國對有毒有害元素的控制也將日益嚴(yán)格。但是到目前為止，還沒有找到各方面性能能與Sn-Pb錫膏相抗衡的錫膏，尤其是在高溫焊錫方面。如Sn92.5Pb2.5Ag屬于高鉛、高熔點(diǎn)合金，通常應(yīng)用于電力電子器件封裝焊接，其與金、銅、銀相溶性好，焊接強(qiáng)度及殘留阻抗高。由于還沒有研發(fā)出可以替換此類錫膏的高溫合金，成為RoHS指令的豁免產(chǎn)品，但豁免產(chǎn)品也有期限，所以誰能搶先研發(fā)出這類替代產(chǎn)品，那么誰將會在日漸飽和的無鉛錫膏市場搶占先機(jī)，占據(jù)市場主導(dǎo)地位。助焊劑的微膠囊化處理以及在焊劑中加入納米粒子而不引發(fā)惡性交互作用從而發(fā)揮微合金優(yōu)勢，也將是錫膏今后的一大研究方向。
與技術(shù)發(fā)展相適應(yīng)
（1）適應(yīng)精密參數(shù)和FPT（FastProcessingTechnology）技術(shù)的發(fā)展
采用FPT的多引線細(xì)間距中芯國際集成電路制造有限公司器件已廣泛應(yīng)用，該類器件的組裝，對組裝工藝和焊膏特性都有很高的要求。另外，由于FPT一般采用多層基板組裝，該類基板多經(jīng)受不住150℃以上的焊接高溫，因此，F(xiàn)PT所用的焊膏一般還須采用低溫焊料。隨著表面組裝技術(shù)的發(fā)展，引腳間距由0.64mm縮短到0.5mm，并且其間距一直在減小中，集成度越來越高。國內(nèi)≤0.3㎜細(xì)引腳間距器件的一次組裝通過率不高，焊膏性能及其涂覆工藝水平是影響主因，為此，與FPT相適應(yīng)的焊膏特性和涂覆技術(shù)方面的研究仍在不斷進(jìn)行中。
（2）適應(yīng)新型器件和組裝技術(shù)的發(fā)展
球形柵格陣列（BGA）器件，芯片尺寸封裝器件等新型器件的組裝，以及裸芯片組裝，裸芯片與器件混合組裝，高密度組裝，三維立體組裝等新型組裝形式，都對焊膏有不同的要求，與之相適應(yīng)的研究從未間斷過。
與環(huán)保要求相適應(yīng)
（1）與水清洗相適應(yīng)的水溶性焊膏的開發(fā)
從國外來看，水性助焊劑近年來發(fā)展較快，以俄羅斯數(shù)量最多，其次是日本，第三是美國。針對使用氯氫（CFC）的限制，含有水溶性焊劑的焊膏已實(shí)用化，但加利福尼亞州中國湖海軍武器中心焊接技術(shù)分部研究發(fā)現(xiàn)，水溶性有機(jī)酸助焊劑尚不適合軍用必須進(jìn)一步研究與開發(fā)。
（2）免清洗焊膏的應(yīng)用
避免使用CFC最徹底的方法是采用焊后免清洗的焊劑和焊接工藝，常采用兩種焊后免洗技術(shù)，一種是采用固體含量低的焊后免洗焊劑；另一種是在惰性氣體或在反應(yīng)氣氛中進(jìn)行焊接，這兩種技術(shù)的深入研究工作都還在進(jìn)行之中。兩種解決方式中以低固含量免洗焊膏最具發(fā)展前途，其工藝簡單、能耗低、技術(shù)參量精度要求相對較小，有很好的民用發(fā)展前途。但是低固體含量并不是無殘留、無腐蝕，對于要求相對較高的軍工、航空、航天等領(lǐng)域的電子裝配卻不適用，最好的解決方式還是采用保護(hù)氣氛和反應(yīng)氣氛的焊膏印刷，該類焊膏不含殘留較大的樹脂保護(hù)劑，焊后剩余物可完全揮發(fā)，焊點(diǎn)美觀，然而該工藝下卻帶來了較高的成本和復(fù)雜的工藝以及能耗問題。所以，綜合考慮其優(yōu)劣和具體的焊接要求可進(jìn)行有選擇的研發(fā)，兩大技術(shù)均需進(jìn)一步的研究與優(yōu)化。
（3）無鉛焊膏的開發(fā)
鉛及鉛化合物是有毒的，其使用將逐步受到限制，并最終達(dá)到全面禁止。目前，國內(nèi)外均已展開取代含鉛焊料的無鉛焊料與焊膏的研究與開發(fā)工作，國內(nèi)外已有產(chǎn)品。但其使用涉及到組裝工藝，焊接溫度等諸多內(nèi)容的變化，有不少問題尚待進(jìn)一步研究解決。
參考資料 >
錫膏:電子制造中的關(guān)鍵連接劑.深圳市鉅泰工業(yè)有限公司.2023-12-05
淺談SMT貼片加工工藝中錫膏印刷的發(fā)展.眾焱電子.2023-12-07
阿爾法有鉛焊錫膏.深圳市一通達(dá)焊接輔料有限公司官網(wǎng).2023-12-07