焊錫膏基礎知識科普+錫膏成分分析案例分享
SMT是表面組裝技術（表面貼裝技術）Surface Mount Technology的縮寫，是目前電子組裝行業里最流行的一種技術和工藝。
SMT技術主要包括：錫膏印刷、精確貼片、回流焊接。其中，錫膏印刷質量對SMT產品的質量影響很大。據業內評測分析約有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，對優化SMT工藝關鍵環節、提高產品質量有著重要意義。
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%。
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，它供應最合適的流變性與濕度，促進熱量傳遞到SMT貼片區，縮減焊料的液體表面張力。在這當中不一樣的成分表現出不同的作用：
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調節均勻的的作用，對焊錫膏產品壽命有較大影響。
②樹脂：起到加大錫膏粘結性，還有修復和防止焊后PCB再度氧化性的重要作用，該項基本成分對零件固定達到至關重要的作用。
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的作用，同時具有縮減錫、鉛液體表面張力的功效。
④觸變劑：自動調節焊錫膏的粘度，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錫膏的質量也會直接影響到SMT貼片加工的焊接質量，并且針對不同的生產工藝和產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 |
錫膏細分類 |
指標、特點 |
|
鉛含量 |
有鉛錫膏 |
如：SnPb63：37 |
|
無鉛錫膏 |
如：SnAgCu96.50.5 |
|
|
合金焊料熔點 |
高溫錫膏 |
＞217℃ |
|
中溫錫膏 |
173~200℃ |
|
|
低溫錫膏 |
138~173℃ |
|
|
清洗方式 |
有機溶劑清洗類 |
松香焊膏 |
|
水清洗類 |
活性較強 |
|
|
半水清洗類 |
一般不含Cl離子、比較環保 |
|
|
免清洗類 |
||
|
焊劑活性 |
R級 無活性 |
航天、航空產品焊接 |
|
RMA級 中度活性 |
軍事、高可靠性電路組件 |
|
|
RA級 完全活性 |
消費類電子產品 |
|
|
SRA級 超活性 |
||
|
其他 |
按黏度、合金顆粒大小分類 |
|
圖5 松香助焊劑紅外譜圖 圖6 無鉛焊錫膏
焊錫膏檢測項目 PART 03SMT貼片加工過程中，為保證產品成型質量高，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，以便達到潤濕性能要求等，針對各項指標，焊錫膏的常規測試項目如下：
圖7 回流焊中的“錫珠”現象 （左）
錫膏（Solder Paste）是一種廣泛應用于PCB表面貼裝技術的焊接材料，其成分復雜，通常是由焊料合金粉末、有機小分子和高分子等多成分構成的灰色膏體。錫膏的成分和性能對電子裝聯產品的可靠性起到關鍵的作用，因此分析錫膏的成分對保持錫膏的一致性和裝聯產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準離心管中，用一定量有機溶劑超聲助溶解，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進行測試，測試結果表1
|
序號 |
組分 |
檢出限 （mg/kg） |
測試結果 （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 |
測試結果主要是鉍、銻、銀、銅四種金屬元素和鉛、鎳、鈉、鈉等雜質元素。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進行測試可知其主要物質是二乙二醇己醚、松香和苯并三氮唑。色譜圖如圖1，質譜匹配信息如圖2-4。
圖1
圖2
圖3
圖4
對上述結果采用標準物質不同濃度的GC-MS測定得到的標準曲線進行定量分析，測試并計算結果見表2
|
序號 |
組分 |
檢出限 （mg/kg） |
測試結果 （mg/kg） |
|
1 |
二乙二醇己醚 |
10 |
6.91×104 |
|
2 |
苯并三氮唑 |
10 |
1.02×103 |
同時使用IC對溶液中可能含有的有機酸進行測定，其圖譜為圖5
圖5
經分析圖5中的45.46min的出峰是蘋果酸信號，并根據標準曲線計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對懸浮物進行測試，其紅外譜圖如圖6，物質匹配如圖7。
圖6
圖7
3301cm-1酰胺基的-NH的伸縮振動，2916 cm-1、2850 cm-1是-CH2的伸縮振動，1632 cm-1是羰基的-C=O的伸縮振動，1536 cm-1是N-H的面內彎曲，1469cm-1是CH2的變角振動，1240 cm-1是C-N的伸縮振動，719 cm-1是CH2的面內搖擺振動，687 cm-1是N-H面外彎曲振動。由紅外光譜結果可知懸浮物是聚酰胺類物質，結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
圖8
圖9
圖10
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，此結果ICP-OES測試結果一致。
2、錫膏本體的紅外光譜分析
錫膏本體的紅外譜圖如圖12，物質匹配如圖13
圖12
圖13
2926cm-1、2862 cm-1是-CH2的對稱及反對稱伸縮振動，1696、1634cm-1是羰基的-C=O的伸縮振動，1458 cm-1、1385 cm-1是CH2的彎曲振動，1104cm-1是(CH3)2CHR伸縮振動，1065 cm-1是C-C伸縮振動。由紅外光譜圖結果及匹配結果可知錫膏本體為松香類物質，此結果與GC-MS中的松香信息一致。
四、分析結論
|
序號 |
組分名稱 |
CAS No. |
含量% |
主要功能 |
|
|
1 |
金屬 粉末 |
錫(Sn) |
7440-31-5 |
75.3 |
焊接 |
|
2 |
鉍(Bi) |
7440-69-9 |
4.7 |
||
|
3 |
銻(Sb) |
7440-36-0 |
4.6 |
||
|
4 |
銀(Ag) |
7440-22-4 |
2.9 |
||
|
5 |
銅(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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