1.焊膏的组成
焊膏是伴随着SMT应用而产生的一种新型材料，也是表面组装生产中极为重要的辅助材料，其质量的好坏直接关系到SMA品质的好坏，因此受到工程师的广泛重视。表1为焊膏的基本组成，其中触变剂在有些文献中被列为独立一类。不同的设计有不同的用途和使用范围，SMT工程师在选择时必须明确其所用于何种产品；军品还是民品，要求清洗还是免清洗等。
表1焊膏的基本组成
2.焊膏的性能要求
焊膏在电子组装过程中的不同工艺阶段有不同的性能要求：使用前焊膏应具有较长的储存寿命，在一定时间内不发生化学变化，不发生焊料与助焊剂分离，不发生黏度变化，并且要求吸湿性小、低毒、无腐蚀性；印刷时应具有良好的印刷性能，包括顺利填充模板且无溢出，脱模顺利且不堵塞模板开孔或点涂管嘴；成型要好无重大形状缺陷，放置一段时间后不发生塌陷；具有较长的工作寿命，印刷后放置于常温下可保持在一定的时间内不变质；回流焊接是应具有良好的润湿性能，焊料在母材上铺展良好；不发生飞溅现象，尽量减少焊接过程中产生的焊料球；焊后应具有良好的焊接强度，确保时间组装的可靠性；焊后残留物有良好的稳定性，绝缘且无腐蚀作用，且易于清洗。尤其是焊接过程中所需的要求，如图1所示，焊接过程中焊膏活化温度必须覆盖整个钎焊温度，一般从80℃开始发挥到冷却后180℃{无铅}或150℃{有铅}，整个变化过程中助焊剂焊后重量损失率可达94.48%。
根据以上要求，选择焊膏时必须从材料特性和工艺特性进行考虑，并依据测试方法进行评估。焊膏材料特性包括颗粒度、黏度、熔点及表面绝缘电阻等，工艺特性包括可印刷性、抗热塌性、润湿性、焊球可控性、可检查性{探针测试}、可靠性{绝缘电阻及电迁测试}及抗腐蚀性等{影响模板寿命及焊点质量}。从目前企业实际情况来看，大多数都不具备检测能力。因此对技术人员来说，通过日常的经验积累，掌握焊膏的经验判断方法是可行的。（1）焊料颗粒是将合金熔化后，通过高压惰性气体喷雾或超声波雾化形成，再通过多次过筛得到统一的尺寸，其形状、大小及比重对于焊膏的黏度及印刷性有直接的影响。韩料颗粒形状分为无规则和球形两种，无规则颗粒焊膏黏度更高，因为颗粒直接由着互锁作用导致流动性差，而球形颗粒的延展性更高。焊料颗粒太大不易印刷，太小则会增加单位体积的焊膏表面积而易被氧化，造成空洞、焊球等缺陷。同时由于布线、阻焊膜、元件标记、加工精度及印刷机导致水平度的影响，印刷时PCB焊盘与钢网之间存在的间隙很容易漏出过小的颗粒造成沾污。不同合金比重的焊膏印刷工艺窗口是不同的，比重太小会增加塌陷及针孔的出现，过高会使焊膏印刷性变差，一般模板漏印合金颗粒占焊膏总重量的88%~91%，对于点涂等注射方法，含量可低至80%~85%。验证焊膏颗粒可通过显微镜{带分析设备}对所摄像范围内的颗粒直径进行测量，参考J-STD-006来判断。
（2）焊膏是一种假塑性流体，有触变性。其粘度随时间、温度、剪切强度等因素而发生变化，与合金粉末含量。尺寸及焊剂黏度太大容易粘住网孔，太小无法粘住元件，一般模板漏印采用的黏度介于700~1300Pa．s之间，丝网漏印和点涂一般可低于300Pa．s。黏度试验主要测试焊膏黏度、印刷过程中黏度变化率及触变系数。黏度测试可参考IPC-TM-650或J-STD-005，触变系数一般为0.5~0.6。
（3）焊膏可印刷性是评估焊膏在印刷到线路板时的沉积高度和印刷效果。印刷高度评估时对数据进行统计方差计算，取标准差最小的，可获得一致性好的焊膏。印刷效果主要看印刷图边缘是否平整，有无拉尖、缺损、桥连现象，并记录取最终最佳印刷效果、值得注意的是印刷效果所用模板应具有圆形和矩形孔，矩形孔须有水平、垂直及45°三个方向。
（4）焊膏保型性是评估焊膏印刷后在一定温度及湿度条件下，由于重力及焊剂表面张力作用而导致焊膏塌陷图形模糊，引起的焊接时引脚桥连缺陷。塌陷测试可参考IPC-TM-650。
（5）焊膏润湿性是评估焊膏在焊盘表面润湿能力和对焊盘表面氧化的处理能力，测试时可以对不同的焊盘镀层进行测试，测试方法可参考IPC-TM-650，也可采用印刷面积逐渐递减/递增的形式印刷在焊盘上。
（6）焊球可控性是评估焊接过程中焊膏的溅射情况，其与焊膏中焊粉的氧化程度、夹杂的水汽及助焊剂与焊料流动协调性有很大关系。当溅射出现孤立分布的焊球后，可能造成短路并且降低焊点可靠性。测试法方法可参考IPC-TM-650。
（7）焊膏工作寿命是评估在贴片和回流焊前焊膏印刷后可以存放的时间。
3.无铅焊料合金的选择
钎焊过程中焊料合金的行为是能否进行钎焊以及钎焊质量优劣的决定因素。焊料合金在钎焊过程中的行为就是其工艺性能，主要包括：焊料合金的固相线及液相线、抗氧化性、润湿性和慢流性等。影响焊料工艺性能的因素包括：合金的组成、纯度的化学均匀性；液态焊料的表面张力；母材的成分、性质和表面的洁净度；钎焊温度、气氛、助焊剂的活性；液态焊料表面膜的组成、结构和性能等。
3.1 无铅焊料合金体系
锡铅共晶合金熔点为183℃，具有良好的可焊性能、电气性能和力学性能，且具有较低成本。铅虽不参与反应，但其具有促进润湿铺展、降低熔点、抗氧化及改善力学性能作用。
无铅焊料是指含铅低于1000ppm{IS09453、IEC61190-1-3标准}，无铅焊料种类在JIS Z 3283标准中规定了11种合金共21类，ISO和IEC正在讨论中。无铅合金主要是在Sn证加入Ag、Cu、Bi、Zn、Ni、In、Sb、Al、Mn、Ti、Ce等元素，按不同搭配和百分比组成二元、三元和四元合金，甚至五元合金，以获得良好的工艺性能和可靠性。需要指出的是，焊料合金中的某种元素超过一定量才能被认为是该合金的组成元素，一些微量存在的元素不会被列入合金的表达式中，因为其对合金性能没有明显的影响，无铅焊料在注册专利时，一般也是只认可超过一定含量的元素作为合金配方的一部分。图2为目前市场上不同焊接工艺中焊料合金使用情况，其中波峰焊中仍以SAC为主流，但其对锡炉易产生强的蚀孔、对产品细引流产生锈蚀、对Cu产生严重腐蚀，还存在IMC沉积等问题；SnCu抗扰性差，当成分发生微量变化会导致熔点上升，且润湿性差，焊点可靠性较差，使用时必须定期检查合金成分的变化，日本已开始使用SnCuNi替代。回流焊中仍然以SAC 为主，其次二元合金Sn3.5Ag为日本JEITA和美国NCMS推荐。手工焊中仍以SAC为主流，其替代合金选择上欧洲用SnAg、日本用SnCu。表2为世界范围内普遍使用的无前行、焊料合金情况。
为了进一步提高性能，可对上述三种主要合金进行合金化。SnCu合金便宜，对杂质元素的敏感度较低，有着等同于传统SnPb合金的力学性能，目前广泛应用于波峰焊接中。但由于它的成本低，在焊膏消耗较多的低成本再流焊接中被开发使用，并常加入一些元素如Ni、P、Ge等来提高它的抗氧化特性。然而这些元素往往与焊膏表面的氧及其它的元素有副反应，易被消耗而使得含量难以控制。SnAg合金中加入质量分数为0.5-2.0%的Sb，可以进一步强化和金，从而使强度、塑性及疲劳寿命较高。但是当Sb质量分数超过1%时，合金熔点会上升，且Sb毒性较大。SAC合金中加入0.001-0.006wt%的Al、Ni等可有效提高合金性能，增强蠕变性，降低屈服强度，改善微观组织结构，改善熔点温度，同时AlAg和AlCu化合物可有效抑制棒状SnAg及块状SnCu化合物形成，使组织更倾向SnAg及SnCu两相共晶组织，且{Ni，Cu}Sn化合物有效抑制铜焊盘的消耗。
无铅焊料按熔点范围分包括高温合金{SnAu、SnSb}、中低温合金{SnZn}、中高温合金{SAC、SnAg、SnCu}及低温合金{SnIn、SnBi}，目前使用较广泛的焊料合金中主要为中温系的二元和三元合金。一般高大合金大都呈现比低元合金具有更好的综合性能，但是四元以上合金体系凝结温度范围大，易产生裂纹，所以很少使用。焊料合金的可靠性与熔点及合金种类有关：一般来说熔点高、可焊性优的多元合金，抗蠕变性好，强度高，机械强度大。可靠性较好，可在各种恶劣的环境下工作，反之依然。值得注意的是，高温合金只有SnAu系最有可能满足性能要求，但是成本太高。SnB9和SnIn等低温系合金化程度不髙，抗疲劳性特差，可靠性差，尤其含铟焊料成本高且供货性差，所以很少使用。中温系合金Sn9Zn润湿性能恶劣，而且极易氧化，给其储存及焊接带来很大不便，轻则焊点发黑，重则形成黑渣。同时Zn电离趋势打，形成的焊点电化学腐蚀严重，而且回收系统很难建立。然而，SnZn合金由于熔点接近SnPb合金，是最具发展前景的合金。焊接时选择适用于SnZn合金的助焊剂中要加入一些人、特殊物质来减缓氧化，并采用氮气保护，也可以获得很好的焊点。另外，SnZn合金对铝有很好的润湿性，选择合适助焊剂，防止过强的氧化性，可用于特殊组装中。
3结束语
锡膏生产企业应该针对不同用户的特定要求研发相关适用性更强更高的产品，电子组装业的无铅化已成为必然趋势，电子产品制造商应该根据自身产品的特点，从元件类型、线路板类型、表面涂敷类型、组装工业等方面考虑，选择合适的无铅焊膏，满足产品工序性，工艺性及可靠性，从而获得高的产品可靠性和成品率，同时降低企业运营资本。
