无铅锡膏应用介绍东莞永安科技有限公司员工内部培训资料概述：赵长利 2008-7-18 由于环境保护的需要电子工业领域无铅焊接几乎全面导入了，经过多年的努力各个公司都在SMT焊接方面有很多成功的经验，为了更好的交流无铅焊接的经验，现把这些成功的经验总结如下且平面化，用于员工的内部培训。

一》开印刷网：印刷的成功率与开网的工艺有直接关系，腐蚀抛光网小间距印刷成功率没有激光网印刷成功率高，腐蚀网会造成大量洗板重印加大锡膏的耗损，因此腐蚀抛光网实际使用成本会高过激光网许多。

通常印刷小间距IC位置常有锡膏连印问题，通过合理开网孔就能避免连印问题如（图1）网孔，这种网孔还能有效的避免焊接短路，能保障IC引脚焊点爬升更明显，实例网孔见（图4）。

图2为了防止小体积电容一端空焊，网孔向三个方向外加大5%。

图1 参考厚度0.12mm. 图2防止元件空焊网孔图3）上述网孔实际焊接IC的外观图4）图1实际网孔外观二》锡膏印刷厚度与焊接不良：SMT焊接印刷锡膏是关键特别是印刷的厚度和锡膏点的外观，如IC焊接短路和元件两焊盘之间产生的锡珠都与锡膏印刷厚度有关，0.12mm厚度的网合理印刷锡膏厚度应在0.14mm左右。

通过调整印刷压力和PCB下面支柱的密度和位置都能改变锡膏印刷厚度。

手工印刷很难保证压力均衡和稳定，难以保证批量印刷锡膏的厚度。

图5)激光网在0.4mm间距IC位置上的印刷结果三》合格焊点外观：各公司都有明确的SMT焊点判定合格的标准。

通常QC是依据下列4个外观做出对焊点合格与否的判定，也称之为焊点合格的4条标准。

1)焊锡扩散焊盘面积的90% 以上。

(合理的网孔条件)2)焊点有明显的马鞍型爬升。

3)焊点焊锡应扩散平滑无氧化变色，周边无明显锡渣、锡珠。

4)焊点周边松香扩散平滑，松香及PCB无高温氧化变色。

图6）SMT元件的焊点外观图7）IC的焊点外观四》含银3.0-4.0%锡膏焊接参考温度曲线：图8）某无铅DVD板实测焊接温度曲线4-1）锡膏焊接温度曲线分析：100-150℃或160℃锡膏中的有机活性剂成份在100-150℃或160℃的高温作用下，才能发挥对金属氧化层面的浸润作用,所以必须在100-150℃时间段要设置充足的时间，发挥锡膏的浸润作用。

曲线很快升过150℃会使锡膏中的活性剂，没有获得足够浸润时间发挥她的作用.由于焊盘金属表面涂层及PCB层数不同100-150℃时间段60-120秒，锡膏就有足够的时间浸润焊盘,焊盘金属浸润不彻底焊盘的锡自然扩散不良。

正常的情况下浸润时间的设置：PCB 裸铜焊盘60-70秒，PCB镍浸金焊盘65-75秒，PCB镀镍金焊盘70-80秒，150-200℃这个时间段是元件及PCB预热的时间段,这个时间段锡膏在高温的作用下会继续保持浸润金属表面，应该保证PCB和大小元件能均衡升温才有利于焊接降低不良率。

过快会造成PCB板及元件温升不够，产生元件立起和小间距 IC冷焊，大焊点爬升不良。

PCB 及元件大小不同50-80秒的时间就能保证PCB板及元件都能预热到合理的温度,有效的避免元件立起、IC爬升不良等问题。

通常大于85秒会使锡膏失去部分焊接活力。

200-225℃这个温区是锡膏熔化的关键区域,必须在锡膏失去活性前发挥它的重要作用(焊接活性),焊点要在很短的时间内获得足够的能量,才能使锡有良好的爬升和扩散,约90%的扩散是在这个阶段完成的, 建议在15秒左右完成，才能使锡膏和PCB整体获得足够的能量即热能。

太慢会失去锡膏的焊接活力降低拉正元件的自然特性及焊点锡的平滑度.225-242+5℃在这个温区松香在高温的作用下能协助焊锡进一步扩散和爬升，因而能保障锡分子浸入被焊金属的深度和巩固焊接的牢固度。

温度过高时间过长会引起焊点变色,电路板上的白色印字及松香氧化变黄影响外观.这个时间段通常是25-35秒即可242+5-217℃这个温区为降温区通常在30-40秒内完成,对焊点、元件和PCB都会安全的降温,这个时间过长也同样会引起PCB白色印字和松香氧化变黄影响外观.锡膏熔点以上的焊接时间应65-80秒。

焊接时间不足造成的问题见九-7项。

4-2）BGA 的焊接参考曲线:图9）某公司焊接BGA不良率小于0。

5%，气泡面积小于10%的板面实测曲线为了更好的解决体积较大BGA焊接可靠性的问题，必须考虑BGA预热到合理的温度,曲线最好在150-200℃设置适合BGA升温的曲线凸起,这样可以在较短的时间内做到BGA与其它元件共同预热到合理的温度，而不必为了此目的过份延长150-200℃时间段,即可保持锡膏的焊接活性又能保证BGA的预热温度，能有效的降低BGA焊接不良率。

依靠提高曲线峰顶温度来保障BGA的焊接良好不是好方法要，会是板上其它耐热性不好的元件加大损坏量，多层板会有层间起泡的个案，还可使BGA焊点气泡扩大。

4-3）焊接多层PCB的曲线:曲线100-150℃的时间段要长一些,原因是要使多层板内部有可靠平稳的升温条件,时间的长短与PCB的层数有关。

层数多的板时间就要更长些，通常在70-120秒之间多层板内部足以能保证有可靠平稳的升温。

五》锡膏保存使用前的解冻和搅动恢复粘度：5-1）存储保质期： 5-10℃低温存储，以生产日期计算有效期六个月。

5-2）解冻时间：常温下4小时。

5-3）恢复粘度：手工搅动4-5分钟，每分钟40-60次。

离心式机械搅拌2-3分钟，室温低于15度搅拌3-4分钟。

5-4）印刷后焊接时间：小于或等于2小时。

图10）机械搅拌前必须取出防干盖，重新盖好密闭盖和上盖并旋紧。

5-6）锡膏的回收：下班、中修或一段时间内（2小时以上）斩停印刷，网上锡膏应尽快收回到锡膏瓶内，搅拌摊平盖好密闭盖和上盖，6-8小时内不再印刷请冷藏。

重新使用需要手工搅动2-3分钟，一瓶新锡膏最多重复开盖使用三次。

现场存放要避免高温。

六》温度曲线测试：6-1）温度曲线测试是必要的：曲线测试仪是目前比较好的测试方法，自动记录的曲线可供工程技术人员分析改善焊接出现的问题。

仪器定期(6个月)请有执照的效准部门效准，确保测试温度和时间的准确性。

由于PCB板的材质、厚度、纤维量、层数不同它们之间曲线差异会很大见下图，不能用一块工装PCB板代替所有的板，必须用实际焊接同一批次的PCB板测试曲线。

0.8mm厚度与1.6mm厚度的板在同一设置的炉温下，曲线差异。

6-2）手工测试：没有装备曲线测试仪，手工也能比较准确的测试板面温度曲线。

从50度开始每10秒钟记录一次PCB板在炉内的温度，直到PCB温度降到锡膏熔点以下为止。

在坐标纸上按格画点，再连成线即可是板面温度曲线。

图11）300度数字温度计 10米长温度传感线 PCB板6-3）每天测试焊接温度曲线是必要的：每天焊接前管理人员通常要看每个温区的设置温度和实际显示温度是否相同，判定设备是否正常是不够的，不能相信自己的眼睛。

必须测试温度曲线才能发现温度显示正常的假象。

实例：8温区回焊炉设置的温度与实际温度显示是正常的，测试后发现曲线两红线之间有问题如图12曲线就是上述情况的真实记录。

图12）第5温区风机已经损坏的曲线。

七》焊接锡珠的判定方法和对策：1）．焊点周边微弱锡珠的判定：图13）焊点周边有可见微弱锡珠焊点周边产生可见微弱锡珠，通常与锡膏和焊盘金属及元件的氧化物有直接关系，氧化物在高温的作用下会爆裂导致崩弹微弱锡珠。

要判定三个方面1）锡膏锡粉含氧量高。

2）PCB焊盘金属表面氧化量过大。

3）元件的金属焊接面氧化。

经过3个方面的判定就能分析出焊接产生微弱锡珠的准确原因。

1-1.锡膏锡粉氧化的简单判定方法：用厚度0.2mm名片纸在中间部位打5mm左右的孔做简单的网,锡膏印在0.6-0.8mm厚的白磁板上,把磁板放入260+5度的锡炉表面待锡膏熔化成球型，轻轻夹出锡炉冷却，正常视力观察球型周边，不应有明显微弱锡珠.产生微弱锡珠的主要原因是锡膏含氧量大.图14）合格锡点外观1-2.判定PCB板能否产生微弱锡珠的简单方法:用判定好的锡膏印刷一块试验PCB板不贴装元件放入回流焊中,取出后观察在PCB板焊盘的周边应该无明显微弱锡珠产生. PCB板焊盘产生微弱锡珠的原因是焊盘氧化或有杂质,这些有害物质在高温的作用下会产生爆裂崩弹出微弱锡珠。

图15）未产生微弱锡珠的PCB外观1-3.判定元件能否产生微弱锡珠的简单方法：将判定合格的同一批次PCB板印刷锡膏(要使用确认好的锡膏)，粘贴待试验元件后送入回流焊机，取出PCB后观察元件周边是否产生微弱锡珠,产生微弱锡珠的主要原因是元件的焊接面氧化造成的.2）.元件两焊盘之间锡珠的对策:由于锡膏印刷厚度超过焊点实际的需要量，满足焊点扩散需要量以外多余的锡，撞击形成元件两焊盘之间的锡珠。

对策：1）可加大印刷压力减少锡膏厚度。

2）必要时可开防锡珠槽网孔。

图16）锡珠位置图17）防珠槽网孔印刷外观八》PCB板漏电的分析：1.锡膏焊接后绝缘阻抗低（疑似漏电）。

首先要分析锡膏的焊接绝缘阻抗，用标准板图18和图19可测试焊接后的绝缘阻抗。

简便参考方法：将图18清洗干净放入55度恒温温箱干燥后取出，印刷锡膏后放入高温箱预热100度2分钟，再放入255+5℃锡炉表面熔化锡膏15秒以上（或更长时间），取出待板待达到室温后，可测试常温常湿条件下的绝缘电阻。

可选用DC 100V电压测试，通常阻抗大于Ω就不会影响电子电路的性能。

图18）绝缘电阻测试板外观图19）绝缘电阻测试仪外观2.插座漏电的原因之一：锡膏经过判定后焊接PCB板有插座漏电的个案，通常是插座的金属针在电镀的时候未能清洗干净，有电镀液体的残留当然是微量的，这些残留物质在焊接的高温作用下会扩散进入焊点的松香，松香连接了焊点造成插座整体或局部绝缘阻抗低，并不是100%漏电只是一部分。

这些金属针上的电镀残留物质遇到50℃以上的水能很快溶解。

3.不可忽视的手汗和工作台的导电物质：用工作一小时以上的手在图18板面擦一擦，再用绝缘电阻测试仪测试即可发现板的阻抗降低了很多，电路板避免手汗的干扰戴手套操作是必要的。

工作台上有体积微小的金属渣和桌面防静电橡胶的粉末，这些物质粘在PCB板上也能造成漏电个案。

九》温度曲线与焊点外观的关系《4X曲线分析法》：温度曲线的设置与焊点外观是有直接关系的，影响焊点的外观主要有4个时间段，因为这4个时间段在焊点外观确认之前是未知数“X”，4个未知数称为“4X”。

通过不良焊点外观分析是哪个时间段存在问题，改善相应的时间段既能有效的改善焊点外观，解决焊接不良，为《4X曲线分析法》。

100-150或160℃为X1段，150-200℃为X2段，200-225℃为X3段，225-242+5℃为X4段。

图20）曲线四段的划分9-1）IC焊盘扩撒不良：图21）焊盘扩散不良图22）改善后的结果焊盘扩散不良主要是X1段时间短，只要适当延长X1的时间即可改善，正常的抗氧化裸铜焊盘X1段需要60-70秒，镀金镍焊盘要适当延长到70-80秒，总的来说要给锡膏充足的时间使其在X1段发挥浸润焊盘金属的作用。