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錫粉制造及檢驗(yàn)

文章出處： admin發(fā)布時(shí)間： 2012年4月19日人氣 7756

（焊錫膏錫粉制造及檢驗(yàn)|焊錫膏錫粉——臺錫錫業(yè)官方網(wǎng)站）

如業(yè)者所知,錫膏主要由錫粉與助焊膏混合而成。助焊劑在此有四大功能---(1)作為錫粉顆粒的載體, 調(diào)解錫膏物理特性如流動性等,協(xié)助印刷成型(2)去除焊接界面氧化物, 助焊(3)焊接過程中形成保護(hù)層,防止再氧化(4)提供臨時(shí)固定力,確保回流焊前零件處于適當(dāng)位置。錫粉是形成焊點(diǎn)的金屬體,呈球狀(請參考錫粉放大圖片)。下面就錫膏之錫粉制造及品質(zhì)鑒定做闡述。
目前業(yè)界錫粉制造(俗稱噴粉)主要有兩種模式: 離心式和超聲波式. 日式主要采用離心式噴粉作業(yè), 其工作原理是將金屬以既定比率如無鉛Sn96.5/Ag3.0/Cu0.5配料，爾后投入熔爐內(nèi)熔化成液態(tài)金屬，將液態(tài)金屬控制流量流落于高速旋轉(zhuǎn)盤上，高速旋轉(zhuǎn)盤通過旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力將液態(tài)金屬甩離出去形成一個(gè)個(gè)小球，小球在惰性氣體環(huán)境下快速冷卻，形成球狀錫粉顆粒。超聲波方式則是使用超聲波將旋轉(zhuǎn)盤上的液態(tài)金屬振動形成球狀錫粉顆粒。錫粉顆粒再通過篩網(wǎng)篩選,形成最終錫膏需要之錫粉。
整個(gè)錫粉制造分級(篩粉)過程中，影響其品質(zhì)的主要有以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：

一、合金配比是否準(zhǔn)確。一般錫粉廠在合金原材料添加時(shí)均有管控，但合金熔化后因上部形成錫渣要打撈清除，而錫渣內(nèi)各金屬比率差異一般較大，從而導(dǎo)致合金比率有些許出入. 管控嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臉I(yè)者在熔化后會測量其合金成分合格后再制造成合金條以備用。此過程直接影響錫膏熔點(diǎn)。SMT工廠具備檢測實(shí)力則可以通過檢測錫粉合金比率以確認(rèn)或以JIS-Z-3198Part1測定合金熔點(diǎn)。若采用合金熔點(diǎn)差異較大之錫粉，回流焊制程中會出現(xiàn)焊點(diǎn)粗糙，熔錫不完整的現(xiàn)象。回流焊溫度曲線需經(jīng)常變動，制程參數(shù)無法穩(wěn)定。
二、噴粉過程中錫粉形狀是錫粉品質(zhì)的另一關(guān)鍵指針。JIS-Z-3284中規(guī)定，錫粉顆粒長寬比小于1.2的稱謂真球狀錫粉，反之則稱謂不定形錫粉。而錫粉形狀直接影響錫膏使用性能---印刷性。下面是常見不良錫粉形狀，供參考。

錫粉的不固定形讓SMT業(yè)者莫名其妙，采用不定形錫粉之錫膏作業(yè)中極易發(fā)生鋼板塞孔及錫膏成型不良從而造成印刷不良。而不定形錫粉在SMT日常生產(chǎn)過程中并不易發(fā)現(xiàn)。對于國際性制造業(yè)者，因設(shè)備儀器資源豐厚，檢測控制錫膏錫粉品質(zhì)并不困難。一般工廠可以采用20倍以上顯微鏡做觀察。簡易操作方法為：
(1)準(zhǔn)備兩條透明玻璃片, 使用IPA溶劑清洗干凈。
(2)取少量錫膏于一玻璃片上，滴加適量IPA在錫膏上。
(3)輕輕將另一玻璃片蓋于錫膏上。
(4)將玻璃片放置于顯微鏡下觀察錫粉顆粒形狀及粒徑分布狀況。

三、錫粉分級后錫粉粒徑分布是另一影響錫膏品質(zhì)的關(guān)鍵所在。錫粉粒徑應(yīng)呈正態(tài)分布，且錫粉尺寸集中在中心尺寸較理想。但實(shí)際錫粉篩選分級過程控制較困難，故而實(shí)際錫粉粒徑分布較分散。下面是實(shí)測錫粉粒徑分布圖，供參考。

四、錫粉的氧化度控制。錫粉氧化在錫粉與助焊膏混合攪拌前隨時(shí)發(fā)生。焊錫熔熔后噴粉環(huán)境中氧氣含量的控制是一管控參數(shù)。篩粉制程是一管控點(diǎn)。分狀保存也是一個(gè)控制點(diǎn)。錫粉助焊膏攪拌混合制程也是一管控點(diǎn)。整體錫粉氧化度不得超過0.1%，日本部份業(yè)者可以控制在0.05%以下。錫粉氧化度直接影響SMT制程中小錫珠的產(chǎn)生量。錫粉氧化度測定可以通過專用設(shè)備及程序完成，也可以通過日常的錫珠試驗(yàn)做檢定。錫珠試驗(yàn)在一般錫膏廠均可以做到,在此不再贅述。

無鉛錫膏助焊劑的誤區(qū)
Leadfree制程的切入過程制造業(yè)者遇到諸多異常，最常見的焊接性不良有二，一者為焊點(diǎn)中Void較大，一者為焊錫性不良造成不接合。究其根本都和錫膏內(nèi)助焊劑相關(guān)。SMT制造業(yè)者在評估無鉛制程相關(guān)參數(shù)時(shí)，重點(diǎn)多半放在焊錫熔點(diǎn)升高面，是以在設(shè)定Reflow溫度曲線時(shí)為避免產(chǎn)生冷焊而盡量拉高溫度接近中上限。錫膏制造廠家初期生產(chǎn)無鉛錫膏時(shí)考量到焊錫熔點(diǎn)提升從而回流焊溫度升高，會消耗掉更多的助焊劑，因而無鉛錫膏內(nèi)助焊劑含量較有鉛高。然而實(shí)際生產(chǎn)過程條件相當(dāng)復(fù)雜：部份廠家采用8對加熱區(qū)爐體，部份廠家采用10對加熱區(qū)爐體，有的采用12對加熱區(qū)爐體。有的還采用熱風(fēng)與IR加熱共存模式……結(jié)果有的制造業(yè)者發(fā)現(xiàn)Void較有鉛多，有的發(fā)現(xiàn)焊接不接合，于是調(diào)整回流焊溫度再升高。然而助益不大，異常并未消除。下面附件是BGA錫球與焊錫不接合圖片，供參考。對于此不良,一些業(yè)者說助焊劑含量應(yīng)再提高, 有的業(yè)者認(rèn)為應(yīng)降低；部份業(yè)者認(rèn)為回流焊溫度應(yīng)再升高，也有業(yè)者認(rèn)為溫度太高，應(yīng)該降低；部份業(yè)者認(rèn)為回流焊均溫區(qū)(Soaking zone)時(shí)間應(yīng)加長，另一些業(yè)者認(rèn)為要縮短均溫時(shí)間。還有機(jī)械出身的SMT業(yè)者試圖用機(jī)械理論解釋此不良現(xiàn)象---焊錫不接合是因?yàn)樵诨亓骱钢瞥讨挟?dāng)焊錫熔化時(shí)PCB變形凹陷，造成焊錫無法與熔熔的BGA錫球接觸，當(dāng)BGA錫球與焊錫接觸時(shí)已經(jīng)快冷卻從而造成焊接不接合現(xiàn)象。此類解釋實(shí)在是牽強(qiáng)附會，毫無邏輯。更可怕的是以此理論指導(dǎo)生產(chǎn)無疑緣木求魚，沙漠垂釣。

從上圖可以看出，焊錫熔化正常，熔化后因表面張力作用隆起盡力呈半球狀；BGA錫球有正常熔化，因錫球形狀已經(jīng)擠壓偏向右邊(正常應(yīng)如紅線所示形狀)。部份業(yè)者認(rèn)為焊錫溫度不足，焊接時(shí)間太短，于是調(diào)整Reflow溫度曲線增加回流焊時(shí)間，升高溫度，但結(jié)果并未克服此不良。那么是何原因造成此焊接不良的呢？這也正是無鉛焊錫的一個(gè)誤區(qū)。眾所周知回流焊溫度曲線如下圖，各區(qū)間內(nèi)錫膏的變化標(biāo)示如圖。

因無鉛焊錫熔點(diǎn)較高，整體溫度較有鉛提升30OC以上。當(dāng)焊錫在進(jìn)入Reflow Zone時(shí)理論上錫膏內(nèi)應(yīng)含有相當(dāng)量溶劑及助焊物質(zhì)。Reflow Zone時(shí)松香除了維持焊錫與PCB pad間的可焊性，還要清除BGA錫球表面的氧化層，協(xié)助焊錫突破BGA錫球表面氧化層以達(dá)成焊錫與錫球接合的目的。而初期錫膏制造商僅僅考慮熔點(diǎn)提高需消耗掉更多助焊劑從而加大助焊劑的含量在錫膏內(nèi)。但助焊劑內(nèi)溶劑沸點(diǎn)未改變，當(dāng)錫膏在進(jìn)入Reflow zone時(shí)助焊劑幾乎消耗殆盡，無法100%協(xié)助焊錫突破錫球表面氧化層完成焊點(diǎn)接合。當(dāng)Soaking zone時(shí)間過短時(shí)，Reflow zone內(nèi)溶劑無法及時(shí)排出又造成Void。同時(shí)，當(dāng)錫膏助焊劑內(nèi)溶劑過早消耗殆盡，焊錫熔化后因流動性不足造成氣體不宜排出從而造成Void增多。此時(shí)提升溫度增加焊錫時(shí)間并不能克服此問題，甚者會出現(xiàn)更多不良。對此不良現(xiàn)象，日本千住(Senju)做了相當(dāng)多的研究工作并成功開發(fā)出高沸點(diǎn)溶劑的無鉛焊錫膏。目前業(yè)界內(nèi)無鉛制程品質(zhì)也漸漸穩(wěn)定，一者靠錫膏的品質(zhì)改善，二者制造業(yè)者在生產(chǎn)中漸漸找到較適合自己公司環(huán)境的溫度曲線。在此提醒業(yè)者，當(dāng)使用固有錫膏無法得到滿意的效果時(shí)不妨試試其它錫膏, 也許會找到更適合自己公司制程的錫膏。
錫膏制造業(yè)者的真正競爭力也是在助焊劑的研發(fā)制造上。目前業(yè)界有專業(yè)代工噴粉的公司但鮮有代工研發(fā)助焊劑的公司。而錫膏的附加價(jià)值也多半在助焊劑上，正所謂貴者不易，遍及者賤。

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