2013/04/17 • 34条评论

深入了解锡膏(solder paste)及助焊剂(flux)组成对电子组装的品质影响

锡膏(Solder paste)是现代化科技进步不可或缺的重要材料之一，它被用来焊接电子零件于电路板(PCB)上，让我们有机会享受日新月异的科技产品。

也因为有锡膏的发明才间接促成了电子组装科技的极小化，让原本大如砖头的大哥大黑金刚手机可以变身为口袋装得下且功能超多的智慧型手机。

而锡膏之所以被称之为「膏」，则是因为它跟我们每天拿来刷牙的牙膏在型态上很相似，在融锡未焊接以前，其「膏」状可以用来黏住放置于电路板表面的电子零件，让这些零件即使在些微的振动下也不至于偏移位置；当然其最大的作用是用来将电子零件焊接于电路板，达到电子讯号连通的目的。

可是你知道在你平常看到的这些锡膏，其主要成份除了「锡」之外，另外还有些什么其他的东西隐藏在里面吗？

锡膏的主要成份：助焊剂与锡粉

锡膏的成份主要由助焊剂(flux)与锡粉(powder)两大部分组合且完全混合而成，下面188金宝搏苹果下载将大致分别说明这两种成份的内容与注意事项：

锡粉（Powder）

锡粉也就是金属合金，主要用途在体现可焊性与焊接的强度，其主要成份包含有下列几种金属：

Sn(锡 )

Ag(银)

Cu(铜)

Bi(铋)

锡粉会因为不同锡膏的编号而有不同成分及比率组成，但既使是相同的编号但厂牌不一样，其成份也会有些许的不一样，有些可能是为了避开专利，有些则是自己的独门秘方。

相关延伸阅读：锡膏中添加铜银锌锑铋铟等微量金属的目的为何？

以目前最多人使用的SAC305为例，就是使用锡(Sn，96.5%)、银(Ag，3%)、铜(Cu，0.5%)比率的锡膏；而SAC0307，则是使用锡(Sn，99%)、银(Ag，0.3%)、铜(Cu，0.7%)比率的锡膏。

其次，还有低温锡膏採用SnBi或SnBiAg合金。SnBi合金的锡(Sn,42%)、铋(Bi,58%)熔点为138°C，而SnBiAg的合金则是(Sn,64%)、铋(Bi,35%)、银(Ag,1%)熔点为178°C。

相关延伸阅读：焊接採用无铅低温锡膏SnBi, SnBiAg的目的？

另外，针对铜基地的电路板（OSP, 裸铜板），有些锡膏厂商会特别加入少许的【镍(Ni)】来抑制并减缓原本生成良性Cu₅Sn₆的IMC随着时间推移渐渐转变为劣性Cu₃Sn的IMC。如果想更进一步了解何谓IMC请参考【PCB焊接强度与IMC观念】一文。

锡粉除了成份不一样之外，锡粉的颗粒大小也有不同的选择，而且根据不同的锡粉大小给出了锡粉的编号，可是这个锡粉大小的编号老实说并没有完全统一，只是各家厂牌大概都使用号码越小的颗粒越大的默契。

锡粉的编号及直径尺寸大致如下，下表依据【IPC J-STD-006A】规范，但其B版文件以后已取消此锡膏的直径规范，改参考【IPC J-STD-005】，所以下面的表格有可能不是最准确的，仅供参考。

另外各家锡膏供应商其实也会有工业标准外的其他锡粉编号，比如说为了因应客户的特殊需求而有Type4.5或Type7、Type8，这些公司在标准规范外的规格可能因各家锡膏制造商不同而有些许差异，详细的规格可能就要询问各自的锡膏供应商了。

编号 None Larger than Less than 1% Larger than 80% Minimum Between 10% Maximum Less Than

1 160um 150um 75～150um 20um

2 80um 75um 45～75um 20um

3 50um 45um 25～45um 20um

4 40um 38um 20～38um 20um

5 30um 25um 15～25um 15um

6 20um 15um 5～15um 5um

锡粉的直径越小，基本上落锡量就越好。因为颗粒小就越容易滚落下钢板的开口(aperture)，也就是说越容易透过钢板印刷于电路板上，而且较不易残留于钢板上的开口边缘，有助提高细间距零件的印刷能力，也比较能够获得一致性的锡膏印刷量；而且较小的锡粉也较能提高其耐坍塌性，润湿的效果也较好。

但锡粉越小也越容易氧化，可能需要辅以氮气(N₂)来降低其氧化的速度达到良好的吃锡效果，尤其是使用5号以上焊接大焊垫的零件（如屏蔽框）时。这是因为锡粉越小，其与空气接触的面积就越大，所以也就越容易氧化。所以挑选锡膏时并不是锡粉的颗粒越小就越好，而是要视产品的需求来决定，而且还得规定锡膏颗粒的均匀度。

有网友提问为何锡粉越小，其表面积与空气接触就越大呢？我们可以假设锡粉排列成一个4r(宽)x8r(长)x4r(高)的方块，这个方块刚好可以放进去直径r的锡粉共16颗，而可以放入直径2r的锡粉则只会有2颗。分别计算直径r与2r锡粉的表面积可得：

直径r的锡粉总表面积 = 16 x 4πr² = 64πr²

直径2r的锡粉总表面积 = 2 x 4π(2r)² = 32πr²

所以在同样体积的容器内（同样钢板的同一开孔），锡粉越小的总表面积就会越大，也就越容易氧化。

一般SMT贴焊时大多採用3号锡粉，而细间距或小型焊垫的贴焊则採用4号锡粉。Type5及Type6的锡粉通常用在【Flip Chip】或【CSP】的bump上。锡粉的价钱也是越小越贵，因为越不容易制造出来。

我们虽然不希望锡膏有氧化的现象，但锡膏再怎么处理还是会有些氧化的残留，尤其是在金属颗粒表面上的些微氧化，还好我们反而可以利用这些微氧化来防止锡膏在还没正式印刷于电路板前就自相融合在一起。因为相同的纯金属摆放在一起会产生互相融合的问题，这就叫作「物以类聚」吧。

氧化基本上有三要素：温度、空气、水。

锡粉的外形有球形及椭圆形两种，球形印刷适用范围广，表面积小，氧化度低，焊点光亮；椭圆形则较差。

助焊剂（Flux）

助焊剂其实就是将锡膏变成膏状的最大推手，因为助焊剂内含溶剂可以将所有的物质混合在一起成为膏状。

建议延伸阅读：电路板焊接后为何要水洗？水洗制程、免洗制程有何差异？助焊剂的种类

而「助焊剂」的用途与主要功能则在去除金属表面的氧化物及脏东西，而且于高温作业时可以在金属的表面形成薄膜以隔绝空气，让锡膏不易氧化，其组成主要包括下列四种成份:

树脂松香：40~50%。
可分成天然树脂(Rosin)或是人工合成的松香(Resin)，通常有铅锡膏使用Rosin，而无铅锡膏採用Resin，松香可以在被焊金属的表面形成保护层以隔绝空气，所以可以防止氧化，带有黏性，略具清洁金属表面的能力。

活性剂(activator)：2~5%。
主要成分为有机酸、卤素，具有强力清洁金属表面的能力，常用于回流焊过程中作为清洁剂之用，可溶解金属表面的氧化物，提高焊接效果。卤素具有剧毒，为符合现今的环保需求，无卤锡膏已经是一种趋势，只是其去氧化能力超强且便宜，所以现在还是经常被使用于某些锡膏当中。

溶剂(solvent)：30%。
包含乙醇等成份。这些溶剂在锡膏的预热过程中就会蒸发掉了，所以并不会影响到整个锡膏的焊锡性，它可以帮助溶解并混合助焊剂中的不同化学物质，让助焊剂可以更均匀的涂佈于锡粉之中，提昇助焊剂的效果，它也让助焊剂更易于受到人们的掌握，可以用来控制锡膏的黏度及流动性。如果回焊的预热温度升温太快，可能会立即煮沸这些溶剂并造成锡膏喷溅的问题。

增稠剂(rheology modifier)：5%。
提供触变性（thixotropy）或摇变性，用以控制锡膏的黏稠度达到膏状的目的，增强锡膏的可印刷性与抗坍塌性，让锡膏印刷于电路板后仍能保持原有的形状不至于坍塌以致造成焊锡短路。

另外，还有一件事必须提醒您的，锡膏如果以重量来计算其比率，锡粉与助焊剂的比率大约90%:10%，因为锡粉比较重；但是如果以体积来计算其比率，则锡粉与助焊剂的比率大约50%:50%，这个会影响到焊接后锡膏量的计算，也就是说一份锡膏经过回流焊后就只会形成约0.5份的焊锡。

建议阅读：一图说明SMT通孔回流焊(PIH)制程的印刷焊锡量如何计算

延伸阅读：
回流焊的温度曲线 Reflow Profile
低温锡膏制作HotBar焊接的可行性评估
 如何将锡膏印刷于电路板(solder paste printing)
如何挑选一支适合自己公司产品的锡膏 (Solder paste selection)

LTS低温焊锡可靠度验证

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34个回应

吕小湾

2021/08/23

熊老师，
我想问关于这个球，它的成分是怎样的？以305为例，假设有1000个球组成的锡膏
1.那么他是30个银球，5个铜球，965个锡球组合在一起的1000个球？
2.还是每个球都是305的比例，然后1000个这样的球靠FLUX组合在一起？如果是这样，每个球又是怎么做出来的？

希望赐教，感谢。

- 188金宝搏苹果下载
  
  2021/08/26
  
  吕小湾,
  每一颗球都是SAC305的合金。金属元素的体积其实是非常小的，一个小小的锡球里头会有好多的金属元素的。
  有兴趣可以找锡膏厂商问问他们是怎么做出这么小金属合金球的。
  
Peter

2018/03/08

请问SMT产品Void，国际规范是多少%，有区分P & N side吗？谢谢

Marian Wu

2017/07/03

请问使用锡膏将电容跟电阻焊接一起, 焊接处的锡内部会有松香的残留吗?

- 188金宝搏苹果下载
  
  2017/07/07
  
  Marian,
  回答有点晚，请见谅!
  你的问题其实不容易回答，因为每个情况都不一样，可能会有松香残留，也可能没有，松香残留关系到你使用何种锡膏，或何种锡丝，用了多少的量，焊垫大小，焊垫与焊垫间的距离，加热的温度与时间长短等都有关系。
  其实，应该问自己松香残留对你的产品会造成什么影响？需不需要清洗松香？
  
Derek

2017/03/07

1. 锡扩散性是没有标准的，这只是锡膏能力的一个参数指标。

2. 可以参考扩散性试验TM-650 2.4.46 spread test

Jessie

2017/02/27

熊太
您好，请问导电膏的耐温度会不会因为品牌不同而不同?
请拨冗回覆谢谢

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  2017/02/27
  
  Jessie,
  个人没有研究导电膏，但建议你应该要看一下各家导电膏的规格书来确认耐温。
  
penny

2016/10/06

1.锡膏扩散性其要求标准为多少?
2.其扩散性所指的意思为何?

- 188金宝搏苹果下载
  
  2016/10/06
  
  Penny,
  Sorry！没有锡膏扩散性的资料。
  
陈建宏

2016/02/17

拍谢雄大

我是周遭材质为氧化物并且要在焊垫上单独成球感谢你精闢的解答

另外想请问一个关键问题: 锡球内聚力的产生方式是如何运作? 假设我的锡膏刷偏了 , 锡是会以中心当做原点而聚集吗? 盼望指正谢谢

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  2016/02/18
  
  陈建宏;
  锡球的内聚力必须跟外界接触的介面的附着力来做比较，当附着力大于内聚力会呈现向外扩散的情形，反之则内缩。
  一般锡膏刷偏会以锡膏本身内聚力与焊垫金属的附着力来互相影响，可能需要瞭解各自的表面能。
  
陈建宏

2016/01/09

你好我想请问如果我周遭的材质是oxide
且我的回焊炉是没有氮气的是否会造成锡膏熔融有问题以至于成球不良?

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  2016/01/09
  
  陈建宏,
  你的问题所提供的资料太少了，所以难以回答。
  你的oxide是焊垫氧化？还是氧化物材质？
  你的成球是BGA与PCB焊垫的吃锡成球？还是单独要在BGA成球？
  焊锡本身具有内聚力，如果没有外物（氧化物质）与重力的干扰，本身可以形成完美的锡球，如果是焊接于PCB的焊垫，则形成一个漂亮的弧度，如果有氧化物质进到了焊锡之中，就会破坏其内聚力，视影响的多寡会影响其弧度。
  
小粉

2015/11/04

hi~不好意思想请教一下您里面列出的助焊剂成分加起来约90%, 那剩下10%是一些什么成分呢~再麻烦协助解答~~感谢

- 188金宝搏苹果下载
  
  2015/11/04
  
  小粉;
  这个说真的我也不知道，要知道的话，我只要靠着卖配方就可以财源广进了，何必在这里苦哈哈写部落格，而且各家配方也都不一样。
  
Ian Chen

2015/09/11

感谢您的回覆, 目前个人观察下判定应该是锡膏(水洗锡膏)内部所包含的气泡大小, 造成出锡不稳定与无出锡之原因 .
除脱泡机外是否有其他的方法可排除气泡的经验分享 ?

- 188金宝搏苹果下载
  
  2015/09/11
  
  Ian;
  从你的回答似乎锡膏是自己填装于针管，如果是这样真的不建议。市面上有卖填好的针管的锡膏会比较没有问题。
  如果已经是厂商填好锡膏的针管有气泡问题，请直接找供应商解决。
  
Ian Chen

2015/09/10

不好意思熊大想请教一下
锡膏採用点胶针筒方式点出涂佈 , 如何让出锡量稳定 , 有这方面之经验可以分享吗? (针口内直径0.203或0.254mm) 感谢您

- 188金宝搏苹果下载
  
  2015/09/10
  
  Ian;
  Sorry!没有这方面的经验。
  从点胶的经验来看，建议可以使用机械式推挤锡膏来取代气压式，因为气压式通常不稳定。锡膏的黏度也是影响出锡量的因素，如果锡膏不能一次用完，其中的助焊剂就可能挥发，造成黏度上升，另外环境湿气也会影响。
  
放暑假的学生

2015/07/26

您好，我是高中应届毕业生，自然组，暑假期间从事翻译写作，目前正在翻译维基百科Solder条目，有许多专业领域的概念不甚了解，请问版主是否能私下拨冗回答一些问题，或者协助翻译工作呢?

- 188金宝搏苹果下载
  
  2015/07/27
  
  放暑假的学生,
  难得高中毕业生有兴趣翻译维基百科的Solder条目，值得嘉许。
  你可以在部落格的右上角发现电子邮件图示，点下去就可以发送邮件给我了。
  或是在Facebook找『188金宝搏苹果下载』，建议先email给我，
  因为188金宝搏苹果下载是个上班族，不一定有时间即时回答问题，所以不便加即时通或电话之类通讯。
  
Archie

2015/06/12

站长你好,

想请问一个问题，我们工厂常常会遇到flux于迴焊炉中挥发后，但是一出炉，温度骤降后，flux会冷凝并且凝固在电子零件上的问题；我的想法是，究竟flux到底会不会出现这样的状况。

给予你几项资讯才好清楚状况:
1.我们产品都是手持式装置
2.冷凝后的flux颜色居多是透明
3.目前解决方案大多为透过修改钢板孔径(多是改小)

感谢您的回覆

- 188金宝搏苹果下载
  
  2015/06/12
  
  Archie;
  Flux本来就是透明的，如果掺有杂质会变成土黄色，这个可以从手焊的零件用反光看得出来焊接脚的旁边有一片透明的物质，就是Flux。
  由于不知道你所碰到的flux有多严重？或多频繁？有无一致性？所以只就了解说明。
  一般flux的沾污来自吸风口或回焊炉顶部累积过多Flux后滴下，这个通常会是一坨，所以一段时间之后就要清洁一次锡炉。
  另外的flux沾污来自高温时挥发太过急速而喷溅到邻近的地区，修改钢板让同一个区域锡膏内的flux得已有适当的路径可以挥发是一个方法，另外也可以调整炉温的昇温速度或选用不同成份组成的flux锡膏因应。
  
CHE_Wang

2015/04/15

雄大您好，想请问一下锡膏的演变歷史，以前是什么工法又因什么原因渐渐演变成使用锡膏来焊接电子零件于电路板，或是有那里有相关资料可以查询吗?
感恩！

- 188金宝搏苹果下载
  
  2015/04/15
  
  CHE;
  这个我也不知道，只知道最先开始是波焊，后来才有SMD及锡膏出现。
  这个从IC封装及电阻、电容、电感的发展也可以看得出来。
  
Bryan

2015/03/16

感谢熊大您的解答~~~~

Bryan

2015/03/11

是这样的因为我们有向厂商询问过
现在有些厂商有座preform型态的锡片
他是告诉我们在制程当中并不需要flux而且锡片上也没有参
所以可能还要在进行这方面的测试
感谢您~!!

- 188金宝搏苹果下载
  
  2015/03/11
  
  Bryan;
  Preform没有Flux就类似电阻电容端点的表面处理类似，只要印刷在板子焊垫与焊脚上的锡膏有助焊剂就可以了，因为Flux要清洁的是电路板的焊垫与零件的焊脚。
  
Bryan

2015/03/11

欧了解了!!
所以如果使用镍金这种不易氧化的材质
并且在氧含量低于50ppm或者真空的环境下作业
Flux的需求可以被忽略这样吗?

感谢熊大~~

- 188金宝搏苹果下载
  
  2015/03/11
  
  Bryan;
  所以你还是没有完全了解Flux的功用，我不认为Flux可以被忽略，既使在如您所说使用镍金并且在残氧量低于50ppm或者真空的环境下作业。
  因为所有表面处理的表面或多或少都会残留外来污染物质，只是你可能看不到而已，这些物质都会影响到銲锡性。
  锡膏如果开封后太久Flux挥发了，就是吃不了锡。
  
Bryan

2015/03/11

不好意思熊大想请教一下

如果锡膏在没有flux的情况下

还能够有自我对位的功能吗?

- 188金宝搏苹果下载
  
  2015/03/11
  
  Bryan;
  助焊剂的主要功能在去除金属表面的氧化物及脏东西，而且在高温作业时可以在金属的表面形成薄膜以隔绝空气，让锡膏不易氧化。所以你问说「如果锡膏在没有flux的情况下，还能够有自我对位的功能吗?」，在回答这个问题前你必须先解决焊接不良(de-wetting或non-wetting)，而不是能不能自我对位的问题。
  好吧！再来看看零件自我对位是如何产生的，这是因为锡的内聚力，而且必须要确定融锡的情况下，还必许确认零件的重量可以让锡抬起来的情况下，这个跟锡膏有没有Flux没有太大的关系，因为Flux在锡膏融化前就应该已经挥发光了才对。
  
不羁

2013/05/23

G6 15- 5um (Type6)