锡膏是现在科技进步不可或缺的材料之一,它被用来焊接电子零件于电路板上,让我们有机会享受日新月异的电子产品。也因为有锡膏的发明间接促成了电子组装科技的极小化,让原本大如砖头的大哥大可以变身为口袋装得下的智慧型手机。
而锡膏之所以被称之为膏,则是因为它跟我们每天拿来刷牙的牙膏还真有点像,在融锡焊接以前,它可以用来粘住放在电路板表面的电子零件,让这些零件即使在些微的振动下也不至于移动位置;当然其最大的作用就是用来将电子零件焊接于电路板,达到电子迅号连通的目的。
可是你知道在你平常看到的这些锡膏,其主要成份除了锡之外,还有些什么其他的東西在裡面嗎?
锡膏的成份主要可以分为助焊剂与锡粉两大部分。
一、锡粉
锡粉也就是金属合金,主要用途在体现焊接的强度,其主要成份包含有下列几种:
1、Sn(锡)
2、Ag(银)
3、Cu(铜)
4、Bi(铋)
锡粉会因为不同锡膏的编号而有不同成分及比率组成,但即使是相同的编号但厂牌不一样,其成份也会有些许的不一样,有些可能是为了避开专利,有些则是自己的独门秘方。以目前最多人使用的SAC305为例,就是使用锡(Sn,96.5%)、银(Ag,3%)、铜(Cu,0.5%)比率的锡膏;而SAC0307,则是使用锡(Sn,99%)、银(Ag,0.3%)、铜(Cu,0.7%)比率的锡膏。
另外,针对铜基地的电路板(OSP,裸铜板),有些锡膏厂商会特別加入少许的镍(Ni)来抑制并减缓原本生成良性Cu5Sn6的IMC随着时间推移渐渐转变为劣性Cu3Sn的IMC。锡粉除了成份不一样之外,锡粉的颗粒大小也有不同,而且根据不同的锡粉大小给出了锡粉的编号,可是这个锡粉大小的编号老实说并沒有统一,只是各家厂牌大概都使用号码越小的颗粒越大的默契。
另外各家锡膏供应商其实也会有工业标准外的其他锡粉编号,比如说为了因应客户的特殊需求而有Type4.5或Type7、Type8,这些公认标准规范外的规格可能各家锡膏制造商之间就会有些许差系,详细的规格可能就要询问各自的锡膏供应商了。
锡粉的直经越小,基本上落锡量就越好。因为颗粒小就越容易滚落下钢板的开口,也就是说越容易透过钢板印刷于电路板上,而且较不易残留于钢板上开口边缘,有助提高细间距零件的印刷能力,也比较能够或得一致性的锡膏印刷量;而且较小的锡粉也较能提高其耐坍塌性,润湿的效果也较好。
但锡粉越小也越容易氧化,可能需要辅以氮气来降低其氧化的速度达到良好的吃锡效果,尤其是使用5号以上焊接大焊垫的零件(如屏蔽框)时。这是因为锡粉越小,其与空气接触的面积就越大,所以也就越容易氧化。所以挑选锡膏时并不是锡粉的颗粒越小就越好,而是要视产品的需求来決定,而且还得规定锡膏颗粒的均匀度。
一般SMT贴片焊接时大多采用3号锡粉,而细间距或小型焊垫的贴片焊接则采用4号锡粉。Type5及Type6的锡粉通常用在FlipChip或CSP的bump上。锡粉的价钱也是越小越贵,因为越不容易制造出来。
我们虽然不希望锡膏有氧化的现象,但锡膏再怎么处理还是会有些氧化的残留,尤其是在金属颗粒表面上的些微氧化反而可以防止锡膏在还沒正式印刷于电路板前就自相融合在一起了。因为相同的纯金属摆放在一起会产生互相融合的问题,就叫作物以类聚吧。
氧化基本上有三要素:温度、空气、水。
锡粉的外形有球形及椭圆形两种,球形印刷适用范围广,表面积小,氧化度低,焊点光亮;椭圆形则较差。
另外,还有一件事必须注意的,锡膏如果以重量来计算其比率,锡粉与助焊剂的比率大約90%:10%,因为锡粉比较重;但是如果以体积来计算其比率,则锡粉与助焊剂的比率大約50%:50%,这个会影响到焊接后锡膏量的计算。