（焊錫膏錫粉制造及檢驗|焊錫膏錫粉——臺錫錫業官方網站）

    如業者所知,錫膏主要由錫粉與助焊膏混合而成。助焊劑在此有四大功能---(1)作為錫粉顆粒的載體, 調解錫膏物理特性如流動性等,協助印刷成型(2)去除焊接界面氧化物, 助焊(3)焊接過程中形成保護層,防止再氧化(4)提供臨時固定力,確保回流焊前零件處于適當位置。錫粉是形成焊點的金屬體,呈球狀(請參考錫粉放大圖片)。下面就錫膏之錫粉制造及品質鑒定做闡述。
目前業界錫粉制造(俗稱噴粉)主要有兩種模式: 離心式和超聲波式. 日式主要采用離心式噴粉作業, 其工作原理是將金屬以既定比率如無鉛Sn96.5/Ag3.0/Cu0.5配料，爾后投入熔爐內熔化成液態金屬，將液態金屬控制流量流落于高速旋轉盤上，高速旋轉盤通過旋轉產生的離心力將液態金屬甩離出去形成一個個小球，小球在惰性氣體環境下快速冷卻，形成球狀錫粉顆粒。超聲波方式則是使用超聲波將旋轉盤上的液態金屬振動形成球狀錫粉顆粒。錫粉顆粒再通過篩網篩選,形成最終錫膏需要之錫粉。
整個錫粉制造分級(篩粉)過程中，影響其品質的主要有以下幾個環節：

 
一、合金配比是否準確。一般錫粉廠在合金原材料添加時均有管控， 但合金熔化后因上部形成錫渣要打撈清除，而錫渣內各金屬比率差異一般較大，從而導致合金比率有些許出入. 管控嚴謹的業者在熔化后會測量其合金成分合格后再制造成合金條以備用。此過程直接影響錫膏熔點。SMT工廠具備檢測實力則可以通過檢測錫粉合金比率以確認或以JIS-Z-3198Part1測定合金熔點。若采用合金熔點差異較大之錫粉，回流焊制程中會出現焊點粗糙，熔錫不完整的現象。回流焊溫度曲線需經常變動，制程參數無法穩定。
二、噴粉過程中錫粉形狀是錫粉品質的另一關鍵指針。JIS-Z-3284中規定，錫粉顆粒長寬比小于1.2的稱謂真球狀錫粉，反之則稱謂不定形錫粉。而錫粉形狀直接影響錫膏使用性能---印刷性。下面是常見不良錫粉形狀，供參考。

錫粉的不固定形讓SMT業者莫名其妙，采用不定形錫粉之錫膏作業中極易發生鋼板塞孔及錫膏成型不良從而造成印刷不良。而不定形錫粉在SMT日常生產過程中并不易發現。對于國際性制造業者，因設備儀器資源豐厚，檢測控制錫膏錫粉品質并不困難。一般工廠可以采用20倍以上顯微鏡做觀察。簡易操作方法為：
(1)準備兩條透明玻璃片, 使用IPA溶劑清洗干凈。
(2)取少量錫膏于一玻璃片上，滴加適量IPA在錫膏上。
(3)輕輕將另一玻璃片蓋于錫膏上。
(4)將玻璃片放置于顯微鏡下觀察錫粉顆粒形狀及粒徑分布狀況。

三、錫粉分級后錫粉粒徑分布是另一影響錫膏品質的關鍵所在。錫粉粒徑應呈正態分布，且錫粉尺寸集中在中心尺寸較理想。但實際錫粉篩選分級過程控制較困難，故而實際錫粉粒徑分布較分散。下面是實測錫粉粒徑分布圖，供參考。

四、錫粉的氧化度控制。錫粉氧化在錫粉與助焊膏混合攪拌前隨時發生。焊錫熔熔后噴粉環境中氧氣含量的控制是一管控參數。篩粉制程是一管控點。分狀保存也是一個控制點。 錫粉助焊膏攪拌混合制程也是一管控點。整體錫粉氧化度不得超過0.1%， 日本部份業者可以控制在0.05%以下。 錫粉氧化度直接影響SMT制程中小錫珠的產生量。錫粉氧化度測定可以通過專用設備及程序完成，也可以通過日常的錫珠試驗做檢定。錫珠試驗在一般錫膏廠均可以做到,在此不再贅述。

無鉛錫膏助焊劑的誤區
    Leadfree制程的切入過程制造業者遇到諸多異常，最常見的焊接性不良有二，一者為焊點中Void較大，一者為焊錫性不良造成不接合。究其根本都和錫膏內助焊劑相關。SMT制造業者在評估無鉛制程相關參數時，重點多半放在焊錫熔點升高面，是以在設定Reflow溫度曲線時為避免產生冷焊而盡量拉高溫度接近中上限。錫膏制造廠家初期生產無鉛錫膏時考量到焊錫熔點提升從而回流焊溫度升高， 會消耗掉更多的助焊劑，因而無鉛錫膏內助焊劑含量較有鉛高。然而實際生產過程條件相當復雜：部份廠家采用8對加熱區爐體，部份廠家采用10對加熱區爐體，有的采用12對加熱區爐體。有的還采用熱風與IR加熱共存模式……結果有的制造業者發現Void較有鉛多，有的發現焊接不接合，于是調整回流焊溫度再升高。然而助益不大，異常并未消除。下面附件是BGA錫球與焊錫不接合圖片，供參考。 對于此不良,一些業者說助焊劑含量應再提高, 有的業者認為應降低；部份業者認為回流焊溫度應再升高，也有業者認為溫度太高，應該降低；部份業者認為回流焊均溫區(Soaking zone)時間應加長，另一些業者認為要縮短均溫時間。還有機械出身的SMT業者試圖用機械理論解釋此不良現象---焊錫不接合是因為在回流焊制程中當焊錫熔化時PCB變形凹陷，造成焊錫無法與熔熔的BGA錫球接觸，當BGA錫球與焊錫接觸時已經快冷卻從而造成焊接不接合現象。 此類解釋實在是牽強附會，毫無邏輯。更可怕的是以此理論指導生產無疑緣木求魚，沙漠垂釣。

從上圖可以看出，焊錫熔化正常，熔化后因表面張力作用隆起盡力呈半球狀；BGA錫球有正常熔化，因錫球形狀已經擠壓偏向右邊(正常應如紅線所示形狀)。部份業者認為焊錫溫度不足，焊接時間太短，于是調整Reflow溫度曲線增加回流焊時間，升高溫度，但結果并未克服此不良。 那么是何原因造成此焊接不良的呢？這也正是無鉛焊錫的一個誤區。眾所周知回流焊溫度曲線如下圖，各區間內錫膏的變化標示如圖。

因無鉛焊錫熔點較高，整體溫度較有鉛提升30OC以上。當焊錫在進入Reflow Zone時理論上錫膏內應含有相當量溶劑及助焊物質。Reflow Zone時松香除了維持焊錫與PCB pad間的可焊性，還要清除BGA錫球表面的氧化層，協助焊錫突破BGA錫球表面氧化層以達成焊錫與錫球接合的目的。而初期錫膏制造商僅僅考慮熔點提高需消耗掉更多助焊劑從而加大助焊劑的含量在錫膏內。但助焊劑內溶劑沸點未改變，當錫膏在進入Reflow zone時助焊劑幾乎消耗殆盡，無法100%協助焊錫突破錫球表面氧化層完成焊點接合。當Soaking zone時間過短時，Reflow zone內溶劑無法及時排出又造成Void。同時， 當錫膏助焊劑內溶劑過早消耗殆盡，焊錫熔化后因流動性不足造成氣體不宜排出從而造成Void增多。此時提升溫度增加焊錫時間并不能克服此問題，甚者會出現更多不良。對此不良現象，日本千住(Senju)做了相當多的研究工作并成功開發出高沸點溶劑的無鉛焊錫膏。目前業界內無鉛制程品質也漸漸穩定，一者靠錫膏的品質改善，二者制造業者在生產中漸漸找到較適合自己公司環境的溫度曲線。在此提醒業者，當使用固有錫膏無法得到滿意的效果時不妨試試其它錫膏, 也許會找到更適合自己公司制程的錫膏。
    錫膏制造業者的真正競爭力也是在助焊劑的研發制造上。目前業界有專業代工噴粉的公司但鮮有代工研發助焊劑的公司。而錫膏的附加價值也多半在助焊劑上，正所謂貴者不易， 遍及者賤。

編號：臺錫錫業廠ttin120419    官方網站：www.jucaitianxia.cn