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焊錫膏基礎(chǔ)知識科普+錫膏成分分析案例分享

LZL186118089567 ? 來源:SMT頂級人脈圈 ? 2023-04-19 09:39 ? 次閱讀

SMT是表面組裝技術(shù)(表面貼裝技術(shù))Surface Mount Technology的縮寫,是目前電子組裝行業(yè)里最流行的一種技術(shù)和工藝。

SMT技術(shù)主要包括:錫膏印刷、精確貼片、回流焊接。其中,錫膏印刷質(zhì)量對SMT產(chǎn)品的質(zhì)量影響很大。據(jù)業(yè)內(nèi)評測分析約有60%的返修板子是因錫膏印刷不良引起的。所以,針對于錫膏本身的研究,對優(yōu)化SMT工藝關(guān)鍵環(huán)節(jié)、提高產(chǎn)品質(zhì)量有著重要意義。

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圖1 錫膏印刷示意圖 圖2 焊點(diǎn)腐蝕異常

焊錫膏的組成 PART 01

焊錫膏是將焊料粉末與具有助焊功能的糊狀助焊劑(松香、稀釋劑、穩(wěn)定劑等)混合而成的一種漿料。就重量而言,80~90%是金屬合金,就體積而言,金屬和焊劑各占50%。

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圖3錫膏顆粒形貌圖(SEM)(左)

圖4 錫粉表面包覆示意圖(右)

焊錫膏的焊劑是錫粉顆粒的載體,它供應(yīng)最合適的流變性與濕度,促進(jìn)熱量傳遞到SMT貼片區(qū),縮減焊料的液體表面張力。在這當(dāng)中不一樣的成分表現(xiàn)出不同的作用:

①溶劑:

該成分焊劑成分的溶劑,在錫膏的攪伴操作過程上具有自動(dòng)調(diào)節(jié)均勻的的作用,對焊錫膏產(chǎn)品壽命有較大影響。

②樹脂:

起到加大錫膏粘結(jié)性,還有修復(fù)和防止焊后PCB再度氧化性的重要作用,該項(xiàng)基本成分對零件固定達(dá)到至關(guān)重要的作用。

③活化劑:

起到去除PCB銅膜通孔表層及零件SMT貼片部位的氧化性物質(zhì)的作用,同時(shí)具有縮減錫、鉛液體表面張力的功效。

④觸變劑:

自動(dòng)調(diào)節(jié)焊錫膏的粘度,在印刷中起到防止拖尾、粘連等情況的的重要作用。

焊錫膏的分類 PART 02

錫膏的質(zhì)量也會(huì)直接影響到SMT貼片加工的焊接質(zhì)量,并且針對不同的生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品也需要選擇不同種類的錫膏。常見的錫膏分類如下:

分類方法

錫膏細(xì)分類

指標(biāo)、特點(diǎn)

鉛含量

有鉛錫膏

如:SnPb63:37

無鉛錫膏

如:SnAgCu96.50.5

合金焊料熔點(diǎn)

高溫錫膏

>217℃

中溫錫膏

173~200℃

低溫錫膏

138~173℃

清洗方式

有機(jī)溶劑清洗類

松香焊膏

水清洗類

活性較強(qiáng)

半水清洗類

一般不含Cl離子、比較環(huán)保

免清洗

焊劑活性

R級 無活性

航天、航空產(chǎn)品焊接

RMA級 中度活性

軍事、高可靠性電路組件

RA級 完全活性

消費(fèi)類電子產(chǎn)品

SRA級 超活性

其他

黏度、合金顆粒大小分類

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圖5 松香助焊劑紅外譜圖 圖6 無鉛焊錫膏

焊錫膏檢測項(xiàng)目 PART 03

SMT貼片加工過程中,為保證產(chǎn)品成型質(zhì)量高,對于焊膏有許多要求,比如:需要良好的潤濕性能,即選用焊劑中活性劑和潤濕劑成分,以便達(dá)到潤濕性能要求等,針對各項(xiàng)指標(biāo),焊錫膏的常規(guī)測試項(xiàng)目如下:

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圖7 回流焊中的“錫珠”現(xiàn)象 (左)

圖8 電子元器件IC芯片“橋連”現(xiàn)象(右)

錫膏(Solder Paste)是一種廣泛應(yīng)用于PCB表面貼裝技術(shù)的焊接材料,其成分復(fù)雜,通常是由焊料合金粉末、有機(jī)小分子和高分子等多成分構(gòu)成的灰色膏體。錫膏的成分和性能對電子裝聯(lián)產(chǎn)品的可靠性起到關(guān)鍵的作用,因此分析錫膏的成分對保持錫膏的一致性和裝聯(lián)產(chǎn)品的可靠性具有重大意義和必要性。

一、錫膏的前處理
  • 稱取一定量樣品置于標(biāo)準(zhǔn)離心管中,用一定量有機(jī)溶劑超聲助溶解,得到灰色混合體,靜置10min下層為灰色金屬粉末,上層為溶液和懸浮物的混合液;

  • 分離灰色金屬粉末和上層混合液,并對金屬粉末低溫烘干稱量、備用;

  • 將上層混合液離心分離,得到溶液部分和懸浮物沉淀,對懸浮物沉淀低溫烘干稱量、備用。

二、檢測分析 01金屬粉末

稱量烘干后的金屬粉末,可得知金屬粉末在錫膏的含量為88.13%。對金屬粉末采用ICP-OES進(jìn)行測試,測試結(jié)果表1

序號

組分

檢出限

mg/kg

測試結(jié)果

mg/kg

1

鉍(Bi)

10

5.31×104

2

銻(Sb)

10

5.22×104

3

銀(Ag)

10

3.25×104

4

銅(Cu)

10

7.10×103

5

鉛(Pb)

10

345

6

鎳(Ni)

10

326

7

鈉(Na)

10

286

8

鐵(Fe)

10

168

測試結(jié)果主要是鉍、銻、銀、銅四種金屬元素和鉛、鎳、鈉、鈉等雜質(zhì)元素。錫含量由余量法可得85.40%

02上層混合液中的溶液

采用GC-MS進(jìn)行測試可知其主要物質(zhì)是二乙二醇己醚、松香和苯并三氮唑。色譜圖如圖1,質(zhì)譜匹配信息如圖2-4。

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圖1

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圖2

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圖3

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圖4

對上述結(jié)果采用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)不同濃度的GC-MS測定得到的標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行定量分析,測試并計(jì)算結(jié)果見表2

序號

組分

檢出限

mg/kg

測試結(jié)果

mg/kg

1

二乙二醇己醚

10

6.91×104

2

苯并三氮唑

10

1.02×103

同時(shí)使用IC對溶液中可能含有的有機(jī)酸進(jìn)行測定,其圖譜為圖5

59af18e0-de35-11ed-bfe3-dac502259ad0.jpg

圖5

經(jīng)分析圖5中的45.46min的出峰是蘋果酸信號,并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算可得蘋果酸在錫膏中的含量為0.098mg/L.

03懸浮物

稱量烘干后的懸浮物,可得知其在錫膏中的含量為0.10%。使用FT-IR對懸浮物進(jìn)行測試,其紅外譜圖如圖6,物質(zhì)匹配如圖7。

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圖6

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圖7

3301cm-1酰胺基的-NH的伸縮振動(dòng),2916 cm-1、2850 cm-1是-CH2的伸縮振動(dòng),1632 cm-1是羰基的-C=O的伸縮振動(dòng),1536 cm-1是N-H的面內(nèi)彎曲,1469cm-1是CH2的變角振動(dòng),1240 cm-1是C-N的伸縮振動(dòng),719 cm-1是CH2的面內(nèi)搖擺振動(dòng),687 cm-1是N-H面外彎曲振動(dòng)。由紅外光譜結(jié)果可知懸浮物是聚酰胺類物質(zhì),結(jié)合其在溶液中的存在形式為懸浮,可推測懸浮物為酰胺類低聚物。

三、輔助分析

1、金屬粉末SEM+EDS電鏡掃描及能譜分析

金屬粉末的電鏡掃描形貌圖8,元素能譜圖9-11

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圖8

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圖9

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圖10

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圖11

從以上能譜分析中可知金屬粉末主要是錫、鉍、銻、銀、銅五種元素,此結(jié)果ICP-OES測試結(jié)果一致。

2、錫膏本體的紅外光譜分析

膏本體的紅外譜圖如圖12,物質(zhì)匹配如圖13

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圖12

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圖13

2926cm-1、2862 cm-1是-CH2的對稱及反對稱伸縮振動(dòng),1696、1634cm-1是羰基的-C=O的伸縮振動(dòng),1458 cm-1、1385 cm-1是CH2的彎曲振動(dòng),1104cm-1是(CH3)2CHR伸縮振動(dòng),1065 cm-1是C-C伸縮振動(dòng)。由紅外光譜圖結(jié)果及匹配結(jié)果可知錫膏本體為松香類物質(zhì),此結(jié)果與GC-MS中的松香信息一致。

四、分析結(jié)論

序號

組分名稱

CAS No.

含量%

主要功能

1

金屬

粉末

(Sn)

7440-31-5

75.3

焊接

2

(Bi)

7440-69-9

4.7

3

(Sb)

7440-36-0

4.6

4

(Ag)

7440-22-4

2.9

5

(Cu)

7440-50-8

0.6

6

溶液

二乙二醇

單己醚

112-59-4

6.9

溶劑

7

松香

/

4.7

成膜劑

8

蘋果酸

6915-15-7

0.1

活性劑

9

苯并三氮唑

95-14-7

0.1

緩蝕劑

10

懸浮物

酰胺低聚物

/

0.1

觸變劑


審核編輯 :李倩


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