免清洗锡膏发展新进程
2016/2/7 19:17:35 点击：
现在大多数电子组装公司还在使用传统的免清洗焊膏，然而更先进的产品正在悄然出现。这些焊膏提供更佳的印制性能，较宽的再流曲线范围和更强的探针可测试性，同时也提供稳定的、一致的产品搁置寿命和批量一致性。本文概述了免清洗焊膏的新进展。
1、印制特性
传统的焊膏仅在印刷方面是满足要求的，它们从未在闲置时间(印制机、停机时间)、印刷速度和切变变稀方面为最终用读书提供一个宽的工艺范围，这将引起缺陷，使生产线速度受限制和焊膏报废。最新的产品在这三个方面具有较宽的工艺范围。
据估计SMT缺陷中50%的缺陷是模板印刷工艺引起的。 这些缺陷主要是由于每块的焊膏印刷量不一致所致。为了减少与印刷有关的缺陷，印刷工艺的目标是保证每次在每一焊盘上的印刷量均匀一致。因此，在变化的印刷条件下焊膏的稳定性将成为减少缺陷率的关键。最新的焊膏可实现一致的印刷量、任意的闲置时间、印刷速度和切变变稀。
2、闲置时间
闲置时间被定为模板印刷机因维修或其它原因而允许停机的最长时间，要求在闲置时间后的首次印刷中没有任何印刷缺陷发生。传统焊膏的闲置时间为10-20min，最新的焊膏能够闲置60-120min不发干或产生印刷问题。
每经过一次印刷行程都会有少量的焊膏留在模板开孔中。此焊膏会在开孔中干燥并且阻止闲置时间后首次印刷时焊膏干净地腔离模板。如果发生60min的闲置时间，旧的焊膏产品将要求5-10次印刷行程后才能实现有效的印刷。新产品在较长的停机时间后的首次印刷中就能够实现可接受的印刷，它减少了浪费并提高了生产线的速度。
这一改进是在焊膏化学成分中调整所用溶剂体系的结果。设溶剂在室温下具有较低的蒸发率，因而减少了发干现象。这大大地增大了丝网印刷机的工艺范围，允许操作者在维修、换班、生产线变化或操作休息片刻的停机后即恢复生产。
3、印刷速度
从90年代初期到中期，大多数焊膏的最高印刷速度被设计为2.54-5.08cm/s，因为SMT工程师认为整个生产线的速度不仅取决于模板印刷机的速度。因此印刷速度被设置得非常低，以此来最佳化焊膏的滚动性能和印刷清晰度。然而随着快速贴片设备的发展，SMT生产线的速度有了极大的提高，模板印刷工经常成为生产工艺的瓶颈处。这导致SMT工程师要求焊膏能够实现10.16-20.32cm/s的印刷速度，而在印刷质量中没有任何的实质退化。
如果在高速印刷的应用中使用传统的焊膏，其结果将是不良的滚动和细间隙区域的涂覆量不足。新产品已经降低了粘度和粘性，它能够使焊膏流入细间隙开孔中，从而提高印刷速度。最先进的焊膏能够以2.54或20.32cm/s的速度涂覆合适的焊膏量。
减小粘度有助于提高传统焊膏的印刷速度和闲置时间，但是只简单地减小粘度将不能解决这些问题。减小粘度会出现其它一些问题，包括冷却坍落，不良的块状清晰度(潜在桥接原因)和不良的温度和湿度稳定性。因此减小焊膏粘度而不增加焊膏的坍落是很重要的。最新的焊膏可提高闲置时间和印刷速度而不引起更多的与坍落有关的缺陷。粘度和坍落不是必定相关的，减小粘度的焊膏容易坍落，但这不是必然结果。通过调整焊膏的化学成分可改善焊膏的抗坍落性能，使焊膏粘度降低而在坍落性能上没有任何变化。
提高滚子压力才可实现高速印刷，高速印刷和增加滚子压力的组合会引起与高速印刷工艺相关的一个问题：切变变稀。
4、切变变稀
切变变稀是指焊膏在压力下其粘度性能被破坏，较大的压力将会引起较大的粘度丢失，这会助长桥接缺陷。因此焊膏的制造者所面临的挑战是开发一种产品，这种产品能经得住高压力(来后高速和滚子压力印刷)而不丢失粘性能。传统焊膏在高速印刷环境下其粘度被破坏得非常快，而新的焊膏能够在提高印刷速度的同时而不明显变稀。变稀直接影响焊膏的粘度和印刷性，变稀最小化是焊膏制造者的目标。
如果焊膏在印刷操作期间相对稳定，并与印刷速度和闲置时间无关，可实现一致的印刷质量。最先进的焊膏能够长期稳定印刷，并与印刷速度、滚子压力、闲置时间或焊膏使用时间无关。
5、再流焊
每一种焊膏都有技术板是，该报告描述了焊膏的最佳或推荐曲线。然而许多SMT工艺不能遵循这些曲线。随着板子样式(尺寸、厚度和密度)和元件样式（包括更大面积的栅阵列封装和替代的涂覆)的不断变化，要求改进适用于任何SMT生产线，而与生产线的速度、曲线、元件的金属化问题无关。
传统的焊膏含有活化剂，它相对依赖于曲线，即与推荐曲线发生偏差就会引起焊料不润湿或焊料反润湿问题。例如，一种膏会成功地适用于3min曲线(室温到峰值温度)和210°C 的峰值温度，但会不适用于-5min曲线和具有较高的峰值温度。这种焊膏随着曲线扩展超出推荐的曲线要求将开始反润湿。这样的焊膏在曲线的润湿区会把助焊活性快速耗尽，因而限制它们只能适用于较短的再流曲线。相反，其它焊膏在经历长时间的热曲线时会有良好的润湿性(5min，225°C )，但不适用于快速曲线(3min， 210°C)。这样的产品在经历较短的再流曲线时将表现出不完全润湿，这些焊膏要求较长的润湿区来化学地活化助焊剂，这就是它们什么不适用于快速曲线的原因。
标准免清洗焊膏的窄的工艺范围正在引起很多的润湿问题，尤其是随着SMT工艺热要求的不断变化。一些焊膏不能经历大BGA器件所要求的曲线，使SMT工程师很为难。再流曲线是应与焊膏提供者的推荐曲线相匹配还是与器件的热要求相匹配？哪一个在所用中比较关键？
先进的焊膏技术有助于解决这一有争议的问题。最新的免清洗焊膏具有恒定的润湿性能，在达到再流温度前几乎完全与时间和温度无关。这对于板子尺寸、板子厚度、元器件涂敷和封装形式有很大变化的工艺工程师来说非常重要，他只需为实现缺陷率最小化工艺设备最佳的曲线。现在工艺工程师可以根据整个工艺来考虑最佳化。
6、无铅问题
另一个曲线问题是无铅合金。对于标准Sn63和Sn62合金，大多数再流曲线达到峰值温度在203-230°C范围。然而大多数无铅合金熔点高于Sn63熔点30-45°C，导致峰值温度会达到255°C或更高。大多数传统的免清洗焊膏在这样的高温度下焊接有困难-----它们一般引起仅润湿和残渣颜色问题，因为许多类型的树脂随着温度升高而变暗。这些问题会阻碍传统焊膏无铅合金体系中的成功应用，迫使工程师去寻找曲线更好的焊膏。最近的焊膏倾向于合有活化剂和树脂体系，它具有类似的润湿性能和残渣颜色，甚至在峰值温度高达255°C时。
7、残渣与可测试性
无法实现在线测试是从传统产品转向改进产品的另一个原因。传统的产品有残渣，对ICT来说它又硬又粘。硬的残渣由于不能穿透将产生非接触，粘的残渣将最终粘附测试探针 ，导致非接触。除了这些问题，传统的焊膏残渣通常在时间方面很苛刻，再流工艺后的ICT在2-4h内进，因此焊膏制造者的目标是软化残渣而不使它太粘。同时残渣应在几周内而不是几小时内可测试性。
最新开发的免清洗焊膏正在解决这些问题。这些产品的残渣是软的，不粘的残渣，解决了测试问题而又不粘在探针上。这样焊膏残渣时经历几千次ICT测试或不粘附探针。
尽管免清洗焊膏的可测试性近年来有很大的改进，但有些产品在解决这些问题时仍有折衷，这一定要考虑。软化残渣对测试工程师来说是件好事，但是这些残渣可能引起长期可靠性问题。这与板子在工作温度下要求的树脂残渣的稳定性有关。超软残渣在较低的板子工作温度下会变成液体，它会释放活化剂并最终引起漏电流和可靠性问题。这样的焊膏残渣在表面绝缘电阻测试期间很易与铜反应。
焊膏制造者必须仔细考虑可靠性与可测试性之间的平衡。在大多数情况下，完全固化的残渣将表现出探针穿透问题，然而一个完全软化的残渣将不能通过标准工艺可靠性测试。因此新的焊膏必须在可接受的可测试性和残渣稳定性之间寻找一个合适的位置。较软的残渣将产生较大的可靠性问题，可靠性问题只能够通过使残渣更固体化或使全体焊剂系统低活性来避免。因此平衡可靠性和活性的最佳解决方法必须考活化标准水平和在SIR测试时和板子工作温度下残渣需维持半固态化。最新的焊膏具有理想的可测试性，不折衷残渣的可靠性或焊膏的活性。
超软化残渣的另一个缺总是与敷形覆的兼容性。敷形涂覆会与一些免清洗焊膏残渣有轻微反应。随着残渣变得较软和较易游离这变成了关键。与考核一种新焊膏时，检查焊膏残渣和敷形涂覆之间的兼容性是关键。许多产品被设计为具有超软化残渣，但会与敷形涂覆有粘附问题。
8、其它改进
8.1 搁置寿命
免清洗膏是易反应的混合物，发生反应将改变整个产品的化学成份和性能。在冷藏温度下保存焊膏将降低这些易反应率，但不能阻止它们发生。焊膏性能的降低总是发生在容器内。传统焊膏的一般冷藏搁置寿命为3-4个月，能看到明显的性能降低。最新的焊膏已扩展6-12个月。这意味着在容器内的反应明显减慢。
8.2一致性
每批焊膏之间会有些变化是可能发生的，大部分这些变化在模板印刷机上得到反映，粘度上的明显波动会破坏印刷的可重复性。这些变化是传统焊膏的最大缺点，这在改进的焊膏中得到明显的降低。使得整个焊膏的化学成分更能控制。最新的焊膏产品具有可重复的和可靠的一致性。
9、结束语
免清洗焊膏在印刷、曲线和ICT方面有很大的改进，焊膏质量越来越好。免清洗焊膏的改进有助于提高生产线的速度，降低缺陷率，减少浪费，使炉子柔性最大化，解决了不可测试的问题等。
1、印制特性
传统的焊膏仅在印刷方面是满足要求的，它们从未在闲置时间(印制机、停机时间)、印刷速度和切变变稀方面为最终用读书提供一个宽的工艺范围，这将引起缺陷，使生产线速度受限制和焊膏报废。最新的产品在这三个方面具有较宽的工艺范围。
据估计SMT缺陷中50%的缺陷是模板印刷工艺引起的。 这些缺陷主要是由于每块的焊膏印刷量不一致所致。为了减少与印刷有关的缺陷，印刷工艺的目标是保证每次在每一焊盘上的印刷量均匀一致。因此，在变化的印刷条件下焊膏的稳定性将成为减少缺陷率的关键。最新的焊膏可实现一致的印刷量、任意的闲置时间、印刷速度和切变变稀。
2、闲置时间
闲置时间被定为模板印刷机因维修或其它原因而允许停机的最长时间，要求在闲置时间后的首次印刷中没有任何印刷缺陷发生。传统焊膏的闲置时间为10-20min，最新的焊膏能够闲置60-120min不发干或产生印刷问题。
每经过一次印刷行程都会有少量的焊膏留在模板开孔中。此焊膏会在开孔中干燥并且阻止闲置时间后首次印刷时焊膏干净地腔离模板。如果发生60min的闲置时间，旧的焊膏产品将要求5-10次印刷行程后才能实现有效的印刷。新产品在较长的停机时间后的首次印刷中就能够实现可接受的印刷，它减少了浪费并提高了生产线的速度。
这一改进是在焊膏化学成分中调整所用溶剂体系的结果。设溶剂在室温下具有较低的蒸发率，因而减少了发干现象。这大大地增大了丝网印刷机的工艺范围，允许操作者在维修、换班、生产线变化或操作休息片刻的停机后即恢复生产。
3、印刷速度
从90年代初期到中期，大多数焊膏的最高印刷速度被设计为2.54-5.08cm/s，因为SMT工程师认为整个生产线的速度不仅取决于模板印刷机的速度。因此印刷速度被设置得非常低，以此来最佳化焊膏的滚动性能和印刷清晰度。然而随着快速贴片设备的发展，SMT生产线的速度有了极大的提高，模板印刷工经常成为生产工艺的瓶颈处。这导致SMT工程师要求焊膏能够实现10.16-20.32cm/s的印刷速度，而在印刷质量中没有任何的实质退化。
如果在高速印刷的应用中使用传统的焊膏，其结果将是不良的滚动和细间隙区域的涂覆量不足。新产品已经降低了粘度和粘性，它能够使焊膏流入细间隙开孔中，从而提高印刷速度。最先进的焊膏能够以2.54或20.32cm/s的速度涂覆合适的焊膏量。
减小粘度有助于提高传统焊膏的印刷速度和闲置时间，但是只简单地减小粘度将不能解决这些问题。减小粘度会出现其它一些问题，包括冷却坍落，不良的块状清晰度(潜在桥接原因)和不良的温度和湿度稳定性。因此减小焊膏粘度而不增加焊膏的坍落是很重要的。最新的焊膏可提高闲置时间和印刷速度而不引起更多的与坍落有关的缺陷。粘度和坍落不是必定相关的，减小粘度的焊膏容易坍落，但这不是必然结果。通过调整焊膏的化学成分可改善焊膏的抗坍落性能，使焊膏粘度降低而在坍落性能上没有任何变化。
提高滚子压力才可实现高速印刷，高速印刷和增加滚子压力的组合会引起与高速印刷工艺相关的一个问题：切变变稀。
4、切变变稀
切变变稀是指焊膏在压力下其粘度性能被破坏，较大的压力将会引起较大的粘度丢失，这会助长桥接缺陷。因此焊膏的制造者所面临的挑战是开发一种产品，这种产品能经得住高压力(来后高速和滚子压力印刷)而不丢失粘性能。传统焊膏在高速印刷环境下其粘度被破坏得非常快，而新的焊膏能够在提高印刷速度的同时而不明显变稀。变稀直接影响焊膏的粘度和印刷性，变稀最小化是焊膏制造者的目标。
如果焊膏在印刷操作期间相对稳定，并与印刷速度和闲置时间无关，可实现一致的印刷质量。最先进的焊膏能够长期稳定印刷，并与印刷速度、滚子压力、闲置时间或焊膏使用时间无关。
5、再流焊
每一种焊膏都有技术板是，该报告描述了焊膏的最佳或推荐曲线。然而许多SMT工艺不能遵循这些曲线。随着板子样式(尺寸、厚度和密度)和元件样式（包括更大面积的栅阵列封装和替代的涂覆)的不断变化，要求改进适用于任何SMT生产线，而与生产线的速度、曲线、元件的金属化问题无关。
传统的焊膏含有活化剂，它相对依赖于曲线，即与推荐曲线发生偏差就会引起焊料不润湿或焊料反润湿问题。例如，一种膏会成功地适用于3min曲线(室温到峰值温度)和210°C 的峰值温度，但会不适用于-5min曲线和具有较高的峰值温度。这种焊膏随着曲线扩展超出推荐的曲线要求将开始反润湿。这样的焊膏在曲线的润湿区会把助焊活性快速耗尽，因而限制它们只能适用于较短的再流曲线。相反，其它焊膏在经历长时间的热曲线时会有良好的润湿性(5min，225°C )，但不适用于快速曲线(3min， 210°C)。这样的产品在经历较短的再流曲线时将表现出不完全润湿，这些焊膏要求较长的润湿区来化学地活化助焊剂，这就是它们什么不适用于快速曲线的原因。
标准免清洗焊膏的窄的工艺范围正在引起很多的润湿问题，尤其是随着SMT工艺热要求的不断变化。一些焊膏不能经历大BGA器件所要求的曲线，使SMT工程师很为难。再流曲线是应与焊膏提供者的推荐曲线相匹配还是与器件的热要求相匹配？哪一个在所用中比较关键？
先进的焊膏技术有助于解决这一有争议的问题。最新的免清洗焊膏具有恒定的润湿性能，在达到再流温度前几乎完全与时间和温度无关。这对于板子尺寸、板子厚度、元器件涂敷和封装形式有很大变化的工艺工程师来说非常重要，他只需为实现缺陷率最小化工艺设备最佳的曲线。现在工艺工程师可以根据整个工艺来考虑最佳化。
6、无铅问题
另一个曲线问题是无铅合金。对于标准Sn63和Sn62合金，大多数再流曲线达到峰值温度在203-230°C范围。然而大多数无铅合金熔点高于Sn63熔点30-45°C，导致峰值温度会达到255°C或更高。大多数传统的免清洗焊膏在这样的高温度下焊接有困难-----它们一般引起仅润湿和残渣颜色问题，因为许多类型的树脂随着温度升高而变暗。这些问题会阻碍传统焊膏无铅合金体系中的成功应用，迫使工程师去寻找曲线更好的焊膏。最近的焊膏倾向于合有活化剂和树脂体系，它具有类似的润湿性能和残渣颜色，甚至在峰值温度高达255°C时。
7、残渣与可测试性
无法实现在线测试是从传统产品转向改进产品的另一个原因。传统的产品有残渣，对ICT来说它又硬又粘。硬的残渣由于不能穿透将产生非接触，粘的残渣将最终粘附测试探针 ，导致非接触。除了这些问题，传统的焊膏残渣通常在时间方面很苛刻，再流工艺后的ICT在2-4h内进，因此焊膏制造者的目标是软化残渣而不使它太粘。同时残渣应在几周内而不是几小时内可测试性。
最新开发的免清洗焊膏正在解决这些问题。这些产品的残渣是软的，不粘的残渣，解决了测试问题而又不粘在探针上。这样焊膏残渣时经历几千次ICT测试或不粘附探针。
尽管免清洗焊膏的可测试性近年来有很大的改进，但有些产品在解决这些问题时仍有折衷，这一定要考虑。软化残渣对测试工程师来说是件好事，但是这些残渣可能引起长期可靠性问题。这与板子在工作温度下要求的树脂残渣的稳定性有关。超软残渣在较低的板子工作温度下会变成液体，它会释放活化剂并最终引起漏电流和可靠性问题。这样的焊膏残渣在表面绝缘电阻测试期间很易与铜反应。
焊膏制造者必须仔细考虑可靠性与可测试性之间的平衡。在大多数情况下，完全固化的残渣将表现出探针穿透问题，然而一个完全软化的残渣将不能通过标准工艺可靠性测试。因此新的焊膏必须在可接受的可测试性和残渣稳定性之间寻找一个合适的位置。较软的残渣将产生较大的可靠性问题，可靠性问题只能够通过使残渣更固体化或使全体焊剂系统低活性来避免。因此平衡可靠性和活性的最佳解决方法必须考活化标准水平和在SIR测试时和板子工作温度下残渣需维持半固态化。最新的焊膏具有理想的可测试性，不折衷残渣的可靠性或焊膏的活性。
超软化残渣的另一个缺总是与敷形覆的兼容性。敷形涂覆会与一些免清洗焊膏残渣有轻微反应。随着残渣变得较软和较易游离这变成了关键。与考核一种新焊膏时，检查焊膏残渣和敷形涂覆之间的兼容性是关键。许多产品被设计为具有超软化残渣，但会与敷形涂覆有粘附问题。
8、其它改进
8.1 搁置寿命
免清洗膏是易反应的混合物，发生反应将改变整个产品的化学成份和性能。在冷藏温度下保存焊膏将降低这些易反应率，但不能阻止它们发生。焊膏性能的降低总是发生在容器内。传统焊膏的一般冷藏搁置寿命为3-4个月，能看到明显的性能降低。最新的焊膏已扩展6-12个月。这意味着在容器内的反应明显减慢。
8.2一致性
每批焊膏之间会有些变化是可能发生的，大部分这些变化在模板印刷机上得到反映，粘度上的明显波动会破坏印刷的可重复性。这些变化是传统焊膏的最大缺点，这在改进的焊膏中得到明显的降低。使得整个焊膏的化学成分更能控制。最新的焊膏产品具有可重复的和可靠的一致性。
9、结束语
免清洗焊膏在印刷、曲线和ICT方面有很大的改进，焊膏质量越来越好。免清洗焊膏的改进有助于提高生产线的速度，降低缺陷率，减少浪费，使炉子柔性最大化，解决了不可测试的问题等。
