焊膏最关键的技术指标科普

摘要

根据对焊膏的成分、流变特性、黏度的测量等方面的分析，说明了焊膏黏度是影响印刷质量的关键技术指标，并介绍了影响黏度的五个因素— 金属合金粉末含量、粉末尺寸、温度、转速和印刷操作。

概述

焊锡膏，又称焊膏、锡膏，是一种由合金焊料粉末和助焊剂系统按一定的比例均匀混合而成的膏状体，在焊接时可以形成合金性连接。在回流焊接中，这种物质被用于表面贴装组件的引脚或电极端子与焊盘之间的连接。焊膏极适合表面贴装生产的可靠性焊接，是现代电子业高科技的产物。作为一种电子材料，焊膏既是一种旧材料，也是一种新材料。随着计算机、通讯设备、家用电器等向微型化、高性能、多用途发展，回流焊成为制造这些产品的唯一法门，因此焊膏也就是在这个时候应运而生。焊膏涂敷是表面组装技术的第一道关键工序，直接影响表面组装组件（SMA）的焊接质量与可靠性。

焊膏的可塑性很强，适用范围很广，既可以焊接许多固体焊料无法焊接的工件部位，也很适合纯机械部件中金属部位的焊接，在机电领域中，焊膏应用于线路和电缆部件焊接、线缆连接加强器等，在电气行业中，主要用于印制电路板和元器件制造，涵盖所有电子产品。

焊膏的成分

焊膏一般用瓶装，500 g 一瓶。主要由合金焊料粉末、助焊剂、活化剂、黏度活性剂即触变剂等组成。金属合金颗粒占总体积的90％左右，其他成分比例如下表1 所示。

焊膏的黏度与测量

在SMT 的工作流程中，因为从印刷（或点注）完焊膏并贴上元器件，到送入回流焊加热制程，中间有一个移动、放置或搬运PCB 的过程，在这个过程中为了保证已印刷好（或点好）的焊膏不变形、已贴在PCB 焊膏上的元件不移位，要求焊膏在PCB 进入回流焊加热之前，应有良好的黏性及足够的保持时间，为此需要注意焊膏自身的黏度。焊膏是一种膏状体，在常温状态下具有一定的初黏力，这是保证焊膏印刷后不坍塌，元器件贴装后不移位的根本，但这种黏度不能太大，否则在进行漏板（模板）印刷或点膏机点注时就不易成功，焊膏将很难下得来，因此需要选择合适黏度的焊膏进行工作。

焊膏的黏性程度指标（即黏度）常用Pa·s为单位来表示，是指液体受外力作用移动时，分子间产生的内摩擦力的量度，是度量流体黏性大小的物理量。又称黏性系数、动力黏度，记为μ。牛顿黏性定律指出，在纯剪切流动中相邻两流体层之间的剪应力（或黏性摩擦应力）为du／dy，为垂直流动方向的法向速度梯度。黏度数值等于单位速度梯度下流体所受的剪应力，流体剪应力τ与内摩擦阻力关系如图1所示，速度梯度也表示流体运动中的角变形率，故黏度也表示剪应力与角变形率之间比值关系，关系公式如下。

如果 n ＝ 1，则为牛顿流体；如果n ≠ 1，则为非牛顿流体。对于非牛顿流体而言，流体黏度μ与速度梯度有关，如图2 焊膏转速黏度曲线所示。焊膏属于具有触变性的非牛顿流体，其黏度会随着剪切速率的增大而减小，同时环境温度、焊膏的稳定性、焊料颗粒的粒径大小都会对其黏度造成影响。

焊膏自身是一种复杂的流体，是高密度的悬浮体，固液相体积比约为1∶1，从流变学上看焊膏的状态是密集的合金粉末分散于非牛顿流体的助焊膏载体中。焊膏的一些印刷后缺陷通常由焊膏的黏度值和坍塌性所造成，建立印刷操作与流变值之间的关系是确保印刷质量的关键。在不同的剪切速率之下，焊膏的黏度不同，并且随着剪切速率的增加，其黏度减小，这种现象称为剪切变稀。这种特性适用于模板印刷，即在刮板作用下焊膏能够很好地滚动，并且顺利地填充模板窗口，在电路板上形成形状规则的焊膏模型。印刷操作与转速之间关系如图3 所示。

现阶段在电子产品SMT 制造行业焊膏供应商及大型焊膏用户常用两种黏度计来检测焊膏黏度，一种是美国的Brookfield黏度计，一种是日本Malcom黏度计，如图4所示。这两种黏度计广泛应用于焊膏的研制、生产和应用中，但日系和台系厂商则以使用Malcom 黏度计的居多。

Brookfield黏度计的工作原理：通过一个经校验过的铍- 铜合金的弹簧带动一个转子在流体中持续旋转，旋转扭距传感器测得弹簧的扭变程度即为扭矩，它与浸入样品中的转子被黏性拖拉形成的阻力成正比，扭矩因而与液体的黏度也成正比。

Malcom焊膏黏度计利用了一个双圆柱的、螺旋泵方法，内部圆柱具有螺旋凹槽，类似于一个螺钉，与一个转矩传感器相连，外部的圆柱具有一个铲式输入口和输出口。它以一个恒定的转速转动，由于几何形状是两个圆柱，凹槽的长度是一定的，所以修剪的速度和时间是一定的，知道这两个值和转矩之后，就可以知道黏度和黏合力等参数，从而得到成

功网版印刷的效果。两种黏度测试方法各有所长，对焊膏的特性具有不同的表征。

判断焊膏具有正确黏度的一种经济和实际的方法：搅拌焊膏30 s，挑起一些焊膏，高出容器三四英寸，让焊膏自行下滴，如果开始时像稠的糖浆一样滑落，然后分段断裂落下到容器内为良好，反之，黏度较差。

黏度

焊膏的黏度是影响印刷质量的关键因素之一，尽管其黏度主要与其中的粉末含量、粉末尺寸、焊剂黏度相关，但对黏度的要求并不是一定要求最高，而是选择合适为宜，黏度的要求随应用方法的不同而异。焊膏涂敷的方法主要有三种：模板漏印，丝网版漏印，分配器注射，这三种方法对黏度要求有高低之分，具体如表2 所示。如果选择错误，将导致黏度相对偏高或偏低，黏度偏高焊膏不易涂敷，难成型，易出现拉丝拖尾，污染模板、针头等治具；黏度偏低焊膏虽易脱模，但难成型，易坍塌；黏度不够，不能给元器件提供足够的初粘力，元器件在贴装后因移动、搬运等动作而出现移位，最终出现断路、短路、立碑、侧立、虚焊、漏焊等焊接缺陷。

1.影响焊膏黏度的因素

1)焊料粉末含量对黏度的影响

焊膏中焊料粉末的增加将导致黏度增加，也可以有效地防止印刷后及预热阶段的塌落，促进焊接后焊点能够饱满，有助于提高焊接的质量。这也是常选择用焊料粉末含量高的焊膏，并采用金属模板印刷焊膏的原因。

2)焊料粉末粒度对黏度的影响

焊膏的粒度一般指焊料粉末的直径，通常我们采用目数表示。所谓“目数”即用一次性有 80％以上的焊料粉末通过筛网的方式，以 1 英寸（25.4 mm）宽度的筛网内的筛孔数表示。在焊膏中金属粉末含量及焊剂等成分完全相同时，焊料粒度的大小将会影响黏度。当粒度增加时，黏度反而降低，这与焊料粒度减小，剪应力增大一样。

3)温度对黏度的影响

温度对焊膏黏度的影响很大，随着温度的升高，黏度会明显下降。因此无论测试焊膏黏度，还是印刷焊膏时均要注意操作间的环境温度。通常，焊膏最佳印刷环境温度为（23±3）℃，细间距印刷时，应该使用恒温系统来保证印刷机的温度。

4)转速对焊膏黏度的影响

转速提高时，焊膏黏度会下降，这点在用旋转黏度计测焊膏黏度时可以表现无疑。因此，在焊膏准备印刷初期用搅拌机或手工搅伴时一定要注意旋转速度，力求匀速，大小要适中。这将有力地提高焊膏的性能，增加电子产品的可靠性。

5)印刷操作对焊膏黏度的影响

焊膏黏度会随着金属模板上刮刀的运动变化而变化，当刮刀推动焊膏滚动向前时，其黏度下降，当刮刀到达模板窗口时，黏度达到最低，故焊膏能顺利通过窗口沉降到 PCB 焊盘上，随着外力的释放，焊膏的黏度又迅速回收，这样焊膏就不会出现印刷图形坍塌和漫流，得到良好的印刷效果。

2.黏度对印刷参数的影响

焊膏印刷参数主要有印刷速度、刮刀压力、刮刀角度与刮刀推动角度、刮刀硬度、清洗方式与频率、印刷间隙、离网速度等等，焊膏黏度与此均存在着或多或少的联系，而这些联系将决定着焊膏最终的印刷质量，在合适黏度选配下的合格规范图如图5所示。焊膏黏度过大，说明焊膏金属粉末颗粒粒度可能较小、含量可能较高、助焊剂黏度可能较高，当然外界温度、印刷行为、存储等也可能影响它，反之亦然。因黏度过大，印刷速度将受影响而不规则减少，最终影响产量；刮刀压力将可能要求更大，否则焊膏不易脱落，即便如此，因压力过大也将导致模板寿命减少，焊膏印刷图形模糊，坍塌等；刮刀角度及推动角度可能被要求更小，这样有利于分解到更大的注入力（F 2 ）从而利于脱模，如图6所示；刮刀硬度可能要求选用更高的，只有这样才能减少因刮刀变形而使焊盘接受焊膏量变少；清洗方式与频率也将变化，黏度低时可能单纯的干洗或湿洗就足够，因黏度变高，焊膏不易清除，从而需要多种方法配合清洗，且清洗频率增大；印刷间隙和离网速度也将因黏度增大而增大，否则焊膏将不易脱落，且会形成拉丝拖尾。以上种种印刷参数甚至更多均因黏度的变化而改变，当然黏度减少也会出现反向改变，参数设置改变的不到位将最终影响印刷质量。以策万全控制好焊膏黏度是保证印刷质量的关键。

总结

焊膏的黏度是焊膏自身最关键的技术指标之一，其不仅由自身控制，也将因由很多外在因素控制，通过上文我们可以看出控制好焊膏的黏度是保证在电子产品SMT 制造过程中获得最优印刷质量的根本。选配好合适的焊膏，设计出优良的工艺方案，让专业技能高超的技术人员操作，高精准的涂敷设备以及良好的检测手段是确保合适的有控的黏度的关键，为获得高质量的电子产品，我们必须这样做。