前言锡膏的制造与质量.PDF

一、前言 所谓的Reflow，在表面贴装工业（SMT）中，是指锭形或棒形的焊锡合金，经过熔融并再制造成形 为锡粉（即圆球形的微小锡球），然后搭配有机辅料（助焊剂）调配成为锡膏；又经印刷、踩脚、贴片、 与再次回熔并固化成为金属焊点之过程，谓之Reflow Soldering （回流焊接）。此词之中文译名颇多，如 再流焊、回流焊、回焊（日文译名）熔焊、回焊等；笔者感觉这只是将松散的锡膏再次回熔，并凝聚愈合 而成为焊点，故早先笔者曾意译而称之为 “熔焊”。但为了与已流行的术语不至相差太远，及考虑字面并 无迂回或巡回之含意，但却有再次回到熔融状态而完成焊接的内涵，故应称之为回流焊或回焊。 图1 左图为位于观音工业区的协益电子公司，其SMT 现场安装之锡膏印刷机，为了避免钢板表面之锡膏吸水与风干的烦恼起见， 全机台均保持盖牢密封的状态。右为开盖后所见钢板、刮刀及无铅锡膏刮印等外貌。 SMT 无铅回焊的整体工程与有铅回焊差异不大，仍然是：钢板印刷锡膏、器件安置（含片状被动组 件之高速贴片，与异形零件大形组件之自动安放）、热风回焊、清洁与品检测试等。不同者是无铅锡膏熔 点上升、焊性变差、空洞立碑增多、容易爆板、湿敏封件更易受害等烦恼，必须改变观念重新面对。事实 上根据多年量产经验可知，影响回焊质量最大的原因只有：锡膏本身、印刷参数以及回焊炉质量与回焊曲 线选定等四大关键。掌握良好者八成问题应可消弭之于无形。 二、锡膏的制造与质量 2.1 锡膏组成与空洞 锡膏是由重量比88-90％的焊料合金所做成的微小圆球（称为锡粉Powder），与10-12％有机辅料 图2 锡稿回焊影响其锡性与焊点强度方面的因素很多，此处归纳为五大方向，根据多年现场经验可知，以锡膏与印刷及回焊曲 线（Profile）等三项占焊接品质之比重高达七八成以上，以下本文将专注于此三大内容之介绍，至于机器操作部分将不再著墨。 （即通称之Flux 助焊剂）所组成；由于前者比重很大（7.4-8.4）而后者的比重很轻（约在1-1.5），故 其体积比约为1：1。SAC 无铅焊料之比重较低（约7.4），且因沾锡 较差而需较多的助焊剂，因而体积比 更接近1：1。故知锡粉完成愈合形成焊点之回焊后，其浓缩后的体积将不足印膏的一半。一旦外表先行冷 却固化，深藏在内的有机物势必无法逃出，只好被裂解吹胀成为气体。此即锡膏回焊之各种焊点中，气洞 或空洞（Voiding）无所不在的主要成因，其数量与大小均远超过波焊。 图3 无铅锡膏中之锡粉(Powder指微小球体)约占重量比88-90%，必须正圆正球形才能方便印刷中的滑动。由于硬度较软容易 被压伤，故搅拌时要小心。左二图即为无铅锡粉之放大图。右图为锡膏中大小锡粉搭配成型的印著画面。 现行无铅锡膏以日系SAC305 为主（欧系SAC3807，或美系SAC405 等次之），日系尚另有SZB83， 及SCN 等。至于AIM 公司的著名锡膏CASTIN （Sn2.5Ag0.8Cu0.5Sb）之四元合金在亚太地区则很少见到。 2.2 锡粉制造与质量 将原始焊锡合金在氮气环境中先行熔成液态，继以离心力容器将之甩出来成为小球状的锡粉；或采氮气强 力喷雾法，在氮气高塔中冷却及下降而成为另一种锡粉。待续 图4 锡粉是从熔融液锡所成形而调制，左图为氮气塔中利用强力氮气喷成粉体之情形，右为液锡在离心力设备上甩出成粉的另 一种制程。 之后分别用筛子筛选出各种直径的小球，然后再按尺寸大小采重量比例去与助焊剂调配与混合，即成为回 焊用的锡膏。 对于锡粉的基本要求比起助焊剂来较为简单，其质量重点只要求外形一定要正圆球形，以符合印刷作业中 向前滚动的条件。其次是直径尺寸应大小匹配互补，以减少印刷后贴件或踩脚时的坍塌（Slump）。第三项 质量是外表所生成的氧化物不可太厚，否则 在助焊剂未能彻底清除下，熔融愈合中将会被主体排挤出去而成为不良的锡球。不过一旦外表完全无氧化 物时，也较有机会发生 “冷熔” （Cold Welding）现象进而容易堵死钢板开口。通常要求开口之宽度以并 迭5-7 颗主要锡球为原则。 2.3 助焊剂之成份及品质 助焊剂（Flux）之成份非常复杂，已成为影响锡膏乃至于回焊质量之最关键部份，且更成为品牌好坏的主 要区别所在。其主要成份有树脂（Resin）、活化剂（Activator）、溶剂（Solvent）、增黏剂（Tackifi er 即摇变剂）、流变添加剂（Rheological Additives）亦称抗垂流剂（Thixotropic Agent，或称摇变剂 或触变剂或流变剂等）、表面润湿剂（Surfactant）、腐蚀抑制剂等