焊膏是由合金焊粉、焊劑載體等組成的膏狀穩(wěn)定混合物。在表面安裝技術(shù)中起到粘固元件，促進(jìn)焊料潤(rùn)濕，清除氧化物、硫化物、微量雜質(zhì)和吸附層，保護(hù)表面防止再次氧化，形成牢固的冶金結(jié)合等作用。焊膏印刷是SMT的第一道工序，它影響著后續(xù)的貼片、再流焊、清洗、測(cè)試等工藝，并直接決定著產(chǎn)品的可靠性。據(jù)統(tǒng)計(jì)，電子產(chǎn)品72％的缺陷和失效與焊膏相關(guān)，因而焊膏的性能對(duì)于SMT來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。隨著細(xì)間距(FPT)、球柵陣列(bga)、免清洗（NC）、0201等技術(shù)的迅速發(fā)展，以及有關(guān)法規(guī)對(duì)某些損害環(huán)境和健康的材料的限制或者禁止，對(duì)焊膏的成分與性能要求越來(lái)越高。在市場(chǎng)、環(huán)保、法律因素的約束和推動(dòng)下，國(guó)內(nèi)外的各種組織、科研機(jī)構(gòu)和公司對(duì)焊膏的研究與開(kāi)發(fā)日益深入。
 
2合金焊粉
 
焊粉的關(guān)鍵性能參數(shù)有形狀、尺寸分布和含氧量，而這些又取決于制粉技術(shù)。其制造方法主要有霧化法（如離心霧化、超聲霧化、多級(jí)快冷等）和化學(xué)電解沉積兩類方法。我們采用了簡(jiǎn)易的流體真空噴霧法，其基本原理是：在真空條件下，用感應(yīng)加熱熔融Sn63Pb37合金焊料棒，然后將金屬液流用高速高壓的噴射氮?dú)鈸羲槎F化為細(xì)小的金屬液滴，然后在冷卻媒質(zhì)中快速冷卻凝固成為粉末，最后進(jìn)行分級(jí)和收集。霧化法冷卻速度極快，大幅度減小了合金成分偏析，增加了合金固溶能力，成形粉末均勻細(xì)小。由于采用保護(hù)氣氛，含氧量低。這種方法還具有球形率高、尺寸分布范圍小、污染小等優(yōu)點(diǎn)。不同方法制備的焊粉形貌。焊粉呈疏松多孔的海綿狀，不能使用。焊粉形狀最好是球形或者類球形，。球形焊粉的比表面小，能量低，在制造、存儲(chǔ)和印刷中不易氧化，而且印刷時(shí)不會(huì)堵塞網(wǎng)孔。焊粉的氧化會(huì)導(dǎo)致可焊性差、橋接、焊錫球等缺陷。焊粉尺寸分布不均，球與球之間有粘接，形狀不規(guī)則，而且球的表面不光滑，有“小衛(wèi)星”顆粒和孔洞，也不能使用。球的表面缺陷會(huì)導(dǎo)致在焊接過(guò)程中受熱升溫速度不一致、孔洞中殘留氣體、焊料飛濺形成焊珠等焊接問(wèn)題。由Stokes公式F=6pahv（F是半徑為a的球形顆粒以速度v在黏性為h的介質(zhì)中運(yùn)動(dòng)所受的力）可知，尺寸分布的變化直接影響著焊膏的粘性、流變性能，繼而影響到印刷質(zhì)量。
 
（a）極其不規(guī)則焊粉（b）不規(guī)則焊粉（c）較規(guī)則焊粉
 

（d）b中A球表面孔洞（e）較規(guī)則焊粉表面（f）規(guī)則球形焊粉
 
3焊劑載體
 
免清洗要求焊劑載體保持傳統(tǒng)焊膏功能外，還要具備揮發(fā)性好、焊后殘留物少、無(wú)腐蝕、薄膜堅(jiān)硬呈惰性等特點(diǎn)。焊劑載體在焊膏中的比重一般為10％~20％，體積百分比為50~60％。作為焊粉載體，它起到結(jié)合劑、助熔劑、流變控制劑和懸浮劑等作用。它由成膜物質(zhì)、溶劑、活化劑（表面活性劑、催化劑）、緩蝕劑、穩(wěn)定劑、抗氧化劑、觸變劑等組成。為了達(dá)到免清洗效果，建議固形物、溶劑、活性劑分別占焊劑載體的25％、50％、10％左右。固形物采用熱固性樹(shù)脂以及人造合成樹(shù)脂，焊后在焊點(diǎn)表面形成堅(jiān)硬而透明的薄膜。一般應(yīng)采用多元醇類的混合物作為溶劑，建議選用高（約230℃）低（約160℃）沸點(diǎn)、高（30~1000cps）低（3~20cps）粘度的醇類調(diào)配成一定的粘性溶劑，使之在一個(gè)較寬的溫度范圍內(nèi)具有相應(yīng)的揮發(fā)速度，且150~220℃之間揮發(fā)應(yīng)由慢到快。對(duì)于低沸點(diǎn)醇，由于揮發(fā)性較好，容易導(dǎo)致焊膏發(fā)干失去粘性，使工作壽命縮短；而高沸點(diǎn)醇有增稠和“保濕”作用，可改善工作壽命和印刷性能，但是容易吸濕，揮發(fā)也不徹底。活性劑使用有機(jī)弱酸而不使用傳統(tǒng)的含鹵素的活性劑，以達(dá)到焊后腐蝕性小的特點(diǎn)。為了彌補(bǔ)活性不足，可使用分子結(jié)構(gòu)帶有烷基和羥基的二元羧酸。對(duì)焊劑載體質(zhì)量占9％的焊膏進(jìn)行的熱分析發(fā)現(xiàn)：在100~150℃之間揮發(fā)很快，在212℃附近也有較大的揮發(fā)。表明在預(yù)熱區(qū)(125~150℃)和焊接區(qū)其不同組分分別起到了清洗和活化被焊表面的作用，然后揮發(fā)，符合工業(yè)中典型的再流焊溫度工藝曲線要求。而到220℃時(shí)，重量百分比只有95％，殘留物較少，且呈一層堅(jiān)硬透明的薄膜，不必清洗。
 
4基本性能測(cè)試
 
4.1粘度及其特性
 
焊膏的粘度主要與其中的粉末含量、粉末尺寸、焊劑粘度相關(guān)[3](見(jiàn)表1)，對(duì)粘度的要求隨應(yīng)用方法的不同而異。粘度太高，會(huì)粘連網(wǎng)孔；太低無(wú)法保形且無(wú)法粘固元器件。焊膏是一種假塑性流體，有觸變性。其粘度隨時(shí)間、溫度、剪切強(qiáng)度等因素而發(fā)生變化。根據(jù)IPC-TM-650（2.4.34）測(cè)試方法，在25±1℃下，采用NDJ-7型旋轉(zhuǎn)式粘度計(jì)以7.5轉(zhuǎn)/分鐘連續(xù)旋轉(zhuǎn)2分鐘，穩(wěn)定后讀數(shù)，幾種常用進(jìn)口焊膏的粘度都在600~730Pa.s范圍內(nèi)，適合于模板印刷。由于焊劑載體物質(zhì)含有很多羥基、烷基、以及羧基，所以氫鍵很重，通過(guò)加入一定量的氫化蓖麻油在攪拌和剪切時(shí)破壞氫鍵，可達(dá)到圖3的觸變性[4]（切變變?。┬Ч?。一般將觸變劑控制在7％左右，以便于攪拌、漏印、流平、抗塌落和粘固元件。
 
表1焊膏金屬含量、粘度、尺寸分布以及用途
 
金屬含量粘度
 
（Pa.s）尺寸
 
（mm）主要用途
 
90％600～100040-75一般模板印刷
 
90％400～60020-36細(xì)間距絲網(wǎng)印刷
 
85％400～60020-45一般絲網(wǎng)印刷
 
80％300～40020-45定量分配器注射
 
75％200－30040-75針頭轉(zhuǎn)移滴送
 
4.2塌落
 
焊膏印刷后，在一定溫度和濕度條件下，由于重力和表面張力的作用，導(dǎo)致圖形塌落并從最初邊界向外界擴(kuò)展。這種塌落會(huì)引起焊膏的流溢，導(dǎo)致焊接過(guò)程中的引腳間橋接缺陷。根據(jù)IPC-TM-650（2.4.35）采用IPC-A-21圖案，進(jìn)行了冷塌和熱塌試驗(yàn)。在25±5℃、RH(50±10)%環(huán)境中停留10分鐘的塌落情形。然后在150±10℃金屬熱板上放置10分鐘，只有邊距為0.06mm的相鄰圖形之間，只有0.06mm和0.10mm之間發(fā)生橋連，表明抗冷塌和熱塌性能良好，主要是選用了熱固性樹(shù)脂和表面張力比較大的醇類的原因。
 
4.3細(xì)間距印刷
 
細(xì)間距印刷要求焊粉尺寸分布為20～36微米，否則影響均勻性和分辨率，甚至堵塞網(wǎng)孔；同時(shí)要有很好的保形性，防止流溢、塌落等發(fā)生。
 
4.4焊錫球
 
焊錫球的形成與焊粉氧化、焊劑活性、焊粉尺寸均勻性、焊膏吸濕性、雜質(zhì)等密切相關(guān)。免洗焊膏是在208℃保持20秒鐘的情形。因表面張力和焊劑載體與焊粉間的潤(rùn)濕作用“縮回”效果好，因此顏色淺；普通焊膏的相應(yīng)情形，殘留較多，因而顏色較深。
 
5結(jié)語(yǔ)
 
總之，焊膏看似普通平常，在電子封裝工業(yè)中卻起著舉足輕重的作用。設(shè)計(jì)、制備、應(yīng)用以及管理人員應(yīng)該加以充分的重視。開(kāi)發(fā)研制新型優(yōu)質(zhì)的焊膏、積極優(yōu)化質(zhì)量與工藝，對(duì)我國(guó)的電子組裝工業(yè)有積極的意義。