2010/11/17 • 22条评论

如何挑选一支适合自己公司产品的锡膏 (Solder paste selection)

如何选择一支适合自己公司产品的锡膏？表面绝缘阻抗(SIR)、电子迁移(Electromigration)、焊锡性(Solderability)、耐坍塌性、铜腐蚀测试、助焊剂残留测试..等。

公司为了无卤(HF, Halogen Free)的政策，要求188金宝搏苹果下载要认可(Qualify)几支新的锡膏(solder paste)，找了一些资料，也问了一些专家，原来锡膏的学问这么多，原本以为单纯的只要把回焊温度曲线 (reflow profile)调好，看看焊锡性(solderability)好不好就可以了，没想到事情没这么简单。

由于公司用的电子零件越来越小，目前最小用到0402，至于0201目前还不敢用，怕用了会在高湿的环境下出现短路(short)导致漏电流(leakage current)增加，吃掉备份钮扣电池(coin battery)的电量，而且公司产品又要求一定得通过高温高湿的环测(Environmental test)，所以选用的锡膏得特别留意其SIR(Surface Insulation resistance, 表面绝缘阻抗)值的表现。

其实锡膏的好坏真的会直接影响到电子产品的焊锡性品质，因为现在几乎所有的电子零件大多走SMT(Surface Mount Technology)制程，并透过锡膏来连结到电路板(PCB)，所以选对一支适合公司产品的锡膏真的非常重要。

建议延伸阅读：介绍并认识【锡膏(solder paste)】的基本知识(含助焊剂)

评估一支「锡膏」至少需要确认那些特性?

要判断一支锡膏的好坏除了要看它的焊锡性(Solderability)、耐坍塌性(Slump)之外，下面这些项目是188金宝搏苹果下载认为一支好的锡膏所必须具备的特性，而且锡膏厂商也应该提供的这些测试项目，供客户参考。当然，如果可以选择一些项目来自己测试，以证明厂商的锡膏真的有如他们所宣称的那么好就更好了。

SIR (Surface Insulation Resistance) 表面阻抗
请直接参考连结网址，SIR如果太低，容易在高温高湿的环境下形成电子迁移或微短路问题。
Electromigration 电子迁移
【电子迁移】现象为相邻的两端存在电位差时，由金属导电物质(如锡、银、铜等)以类神经丛(dendritic filament)方式从电极的一端向另一端生长 (如下图)。它生长的介质是导体，所以助焊剂如果有轻微的导电能力存在相邻的两端时，就容易产生电子迁移现象，尤其是在高温高湿的时候。

Corrosion test 铜腐蚀测试
将锡膏印刷于裸铜板经回流焊后置于 40°C + 93%RH(湿度) 的环境中持续 10 天，然后观察其腐蚀状况。(下图为切片剖面图，右边的铜腐蚀比较严重)
Soldering_Corossion_test01

Ionic Contamination 电离子污染
「离子污染」与SIR其实有着绝对的关系，两者都是为了避免日后发生电子迁移现象。离子污染是计算电路板焊接后表面残留多少游离的离子，因为不论何种离子，只要发生电离，就会导电，造成绝缘阻抗下降。而SIR的测试则是将电路板放置在高温高湿的环境下，测试其实际的阻抗，算是比较符合实际使用的状况。其实只要锡膏厂商强调某支锡膏可以有非常良好的清洁效果，或是可以让焊锡吃得非常漂亮的，都要特别留意其电离子污染、SIR、铜腐蚀测试是否超标，因为这些锡膏会加入强酸来为助焊剂，强酸的腐蚀性强、离子溶度高。

Wetting test (IPC J-STD-005)
Soldering_wetting_test01

Solder ball test (IPC J-STD-005)锡球测试
严格来说锡球有两种类型，一种是微锡球(micro-solder ball )，另一种是锡珠 (solder bead)。
典型的微锡球(micro-solder ball)发生的原因有：

锡膏坍塌于焊垫之外，当回流焊重新熔融锡膏时，坍塌在焊垫外的锡膏无法完全缩回到焊点而形成卫星锡球。
助焊剂在回流焊的过程急速逸并带出锡膏于焊垫之外，如果锡膏粉末有氧化的话会更严重。

锡膏耐氧化能力
如果是小量多样的产线，生产过程中需要经常换线，换线后会需要确认锡膏印刷的品质，还有调机，锡膏常常在印刷后需要等一段时间才会进入回焊炉，这时候锡膏的耐氧化能力就会变得很重要了。

Slump test (IPC J-STD-005) 坍塌测试
坍塌测试一般用来检测锡膏印刷于细间距零件脚能力(Fine Pitch Printability)，0.5mm的间距称为fine pitch (细间距)，0.4mm的间距称为 super fine pitch (超细间距) 。另外它也可以帮忙检视锡膏在印刷后及迴流焊前可停留的时间。
测试的方法是印刷完后，摆放在25+/-5C的室温20分钟后，先检查坍塌的情况，再加热到180°C停留15分钟，等到冷却后检查一次锡膏坍塌的情形，之后的2个小时及4个小时再检查一次并纪录，最好可以留照片。
slump_test01

另外，下面这些是188金宝搏苹果下载认为在评估一支新锡膏时，自己可以做的项目：

Solder bead rate (锡珠发生率)
Solder ball rate (锡球发生率)
Solder bridge rate (锡桥发生率)
Wetting ability (爬锡能力)

还要考虑电路板组装后测试性的问题

Flux residuum rate (助焊剂残留率)及 ICT (In Circuit Tester) fault reject rate (开、短路针床测试误判率)。
当太多的助焊剂残留于电路板上的焊垫时，会增加 ICT 的误判率，因为助焊剂会阻挡测试针头与电路板上测试点的接触。另外助焊剂残留于电路板的焊垫与焊垫之间，还可能在高温高湿下产生电子迁移(Electromigration)的现象并进而造成轻微的漏电，久而久之电子产品就会出现品质不稳的现象，如果是发生在电池的线路上就会造成吃电现象，当然这种漏电现象还要视助焊剂的表面组抗(SIR)大小来决定。

助焊剂残留太多良好的助焊剂残留

LTS低温焊锡可靠度验证

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22个回应

icebee

2020/11/15

熊大你好
关于Ionic Contamination电离子污染测试与标准查找资料不多也不太了解，可否请请教这部分所知道的讯息呢?

谢谢!!!

张纪缨

2020/05/10

您好:

想请问台湾制造的锡膏,那个品牌口碑较好?谢谢!

大施

2020/05/09

熊大师能留个微信以后请教你吗？

- 188金宝搏苹果下载
  
  2020/05/09
  
  大施,
  原则上188金宝搏苹果下载不接受电话、微信或任何即时通联络。毕竟188金宝搏苹果下载不是你的员工，也不拿你的薪水，而且188金宝搏苹果下载也想保留一点个人的空间。所以188金宝搏苹果下载无法提供任何紧急状况处理的通讯。各位如有任何工程上的问题，请优先透过自己工作上的管道处理。
  你可以在这里读取更多的讯息 //m.letratesoro.com/about/
  
德莉雅

2016/02/26

谢谢熊大信息..
以下补充我们厂的经验:
我们有客户已经要求,既然无法杜绝电子迁移现象就要把它coating (每单片成本增加约 0.5-1€)
另外某些产品打算替换目前的Alpha改用Senju;降低pads上的锡膏量,
PCB的控制,PCBs assigned for climate-tests
尽量不採用pre-serial suppliers or reworked PCBs

- 188金宝搏苹果下载
  
  2016/02/28
  
  德莉雅;
  根据我们自己实验的结果，Alpha的SIR的确比千住来得差。
  个人建议:
  1) 敏感线路不要使用0201零件，既使0402都要考虑，最好是0603以上。
  2) 无法达到第一点时使用点胶密封会有漏电可能的零件，目的是降低湿气的影响。
  3) 建议管控锡膏，导入的锡膏要做SIR验证。
  
德莉雅

2016/02/19

发生电子迁移现象,刚好也是我们最近遇到的话题,我们在capacitor滴上一滴水珠,两极通电通过一段时间之后就产生了。

https://www.youtube.com/watch?v=p1NsMBtp7H4

所以在客户端产品做增湿测试失败当时,技术工程师傻眼..
(1个月后我们就引进了测contamination 设备 XD)

- 188金宝搏苹果下载
  
  2016/02/19
  
  德莉雅，
  不错的影片分享。
  其实0201以下的电容要特别小心，我们最后选择点胶或是conformal coating来克服这个问题。
  另外，锡膏中的助焊剂也是影响的因素，水气是电子迁移的媒介。
  
Mid Lin

2014/04/19

请问狂大

电子迁移是所谓的WISKER吗?

- 188金宝搏苹果下载
  
  2014/04/19
  
  Mid Lin;
  Wisker是锡鬚，经由加热形成。
  Electromigration是电子迁移，经由湿气、温度与电位差所长出的晶枝。
  
小c

2012/08/22

请问狂大~锡膏在印刷速度、脱模速度、Pitch 这三者之间的关系条件设定有无参考资料可循，或是在IPC有规定

- 188金宝搏苹果下载
  
  2012/08/22
  
  小c,
  关于锡膏印刷可以参考这篇文章。 //m.letratesoro.com/2011/08/solder-paste-printing/
  一般来说，大家都是用试误法来做调整，如果可以找到公式的话，锡膏印刷机的厂商应该会更想知道，因为可以写在程式内，变成卖点。
  
tino

2011/12/13

想请教一下板大，比较推荐哪家厂商的锡膏-型号
而一些多密角，跟BGA多的又会选用哪家，谢谢。

- 188金宝搏苹果下载
  
  2011/12/13
  
  Tino;
  一般建议还是使用大厂的会比较好，像Alpha、千住…等，小厂的也不是不好，但需要考虑品质的稳定度，还有后面的技术支援。
  另外，还要考虑自己公司产品以及产线的特性，很难告诉你那一款锡膏的型号比较好，而且是否需要无滷也需要考虑。
  建议你找几家锡膏的厂商，看看他们的建议为何在作决定啰!最重要的还是要看你自己的需求为何？也可以先试看看。
  
188金宝搏苹果下载

2011/07/20

Alec;
对不起！我没有做过这种 Capsense pad 的经验耶！
如果单纯要用 OSP + solder paste 来控制 Capacitor 的值，要有心理准备，误差会很大，因为锡膏的量及厚度不容易控制的非常精准，尤其锡膏有内聚力，通常会形成中间高，四週低的弧度。如果硬要控制的话，建议採用百格方式来印刷锡膏的pattern，会比较平均分散锡膏。

Alec

2011/07/20

请问一下,目前客户想在PCB上的Capsense pad使用OSP + Solder paste来取代Immersion gold
一般Capsense pad是电容式Touch pad不上件&需要Solder paste再过完炉后会产生一个具有厚度控制与平整性良好的平面
问题 :
Q1: Solder paste的印刷pattern应如何设计
Q2: 如何做到过炉后有厚度是相当一致的

Sunny Chang

2011/05/28

狂人大哥，您好：
内文中有提到
Electromigration 电子迁移
【电子迁移】现象为相邻的两端存在电位差时，由金属导电物质(如锡、银、铜等)以类神经丛方式从电极的一端向另一端生长 (如下图)。它生长的介质是导体，所以助焊剂如果有轻微的导电能力存在相邻的两端时，就容易产生电子迁移现象，尤其是在高温高湿的时候。

请问电子迁移情况所产生的物质是什么?
为什么会产生?是一定会有的现象吗?

谢谢 !!!

- 188金宝搏苹果下载
  
  2011/05/28
  
  Sunny;
  你可以把「电子迁移」想像成慢速度的电镀，或是水的慢速流动，水会往低处流，所以电子也会由高电位往低电位流动，而流动的快慢就取决于电位差的高低与阻抗，阻抗就有点类似小水坝，水坝越多，就越不容易流动。至于是何种电镀物，就要看电子迁移两端的物质而定了，如果两端都是锡，那就会是锡，如果高电位的一端是金，低电位是锡，我的理解是金会往锡移动，如果有错误请更正。
  
老米虫

2010/11/22

现在end customer都要求cost down..在经过整体性的压价后发现有些材料的品质上有些争议了..尤其是现在零件在drop test后掉件的情况变的很常见..不知道这点您是否有遇到??

- 188金宝搏苹果下载
  
  2010/11/22
  
  老米虫,
  我想你可能对 cost down 有所误会， down的应该是价钱而不是品质，cost down通常是透过设计边更来把制程变简单或是原本累赘的地方删除，或选用更适合的材料以解省成本，但原则上是不可以降低产品的品质。如果因为 cost down 而选用了次等材料或锡膏，那可能会因小失大。要谨慎啊！
  
老米虫

2010/11/18

想请问一下..在挑选锡膏时是否会考虑到锡的附着力跟强度?..有没有相关的标准?

- 188金宝搏苹果下载
  
  2010/11/18
  
  唉讶！所以我说锡高的学问真多啊！
  我目前也没有锡膏的附着力及强度的资料耶！

助焊剂残留太多	良好的助焊剂残留