錫膏粘度對表面貼裝焊點孔隙率和機械性能的影響-深圳福英達
錫膏粘度對表面貼裝焊點孔隙率和機械性能的影響
表面貼裝技術是電子行業中最重要的技術之一，它通過錫膏將元器件連接到印刷電路板上。然而，錫膏中的有機物會在熱回流過程中產生氣泡，導致焊點中形成孔隙。孔隙會降低焊點的強度、導電性和導熱性，甚至引起疲勞裂紋，影響產品的可靠性。
那么，如何控制錫膏中的孔隙呢？錫膏的粘度是一個關鍵因素。Tian等人選取了四種不同粘度范圍的錫膏。通過X射線照相、熱重分析和剪切試驗，研究錫膏粘度和表面貼裝焊點孔隙率的關系。
通過 X 射線射線照相術，可以觀察到，焊膏粘度越高，焊點的孔隙率越大。
圖1.焊點的典型 X 射線照片：(a) 49.2-49.9 pa s，(b) 94.6-94.7 pa s，(c) 130.2-159.6 pa s 和 (d) 235.5-238.1 Pa s。
圖2顯示了不同粘度范圍錫膏的熱重（TG）曲線。在金屬合金熔化前，粘度范圍較低的錫膏具有更高的有機物蒸發率，但在金屬合金熔化后，蒸發率較低。
圖2.由TGA得出的錫膏重量損失率與回流溫度曲線圖。粘度范圍從曲線i)增加到曲線iv)。 49.2-49.9 Pa s，ii) 94.6-97.6 Pa s，iii) 130.2-159.6 Pa s，iv) 235.5-238.1 Pa s。
圖 3.不同粘度范圍的錫膏在TG過程中的失重率：i) 49.2-49.9 Pa s，ii) 94.6-97.6 Pa s，iii) 130.2-159.6 Pa s 和 iv) 235.5-238.1 Pa s。
從圖3中可以看出，在TG過程中，粘度范圍較低的錫膏的失重率高于粘度范圍較高的錫膏。錫膏的失重率隨著粘度范圍的減小而增加，失重率從3.3%逐漸增加到3.5%。
這一結果表明，有機物含量較高的錫膏（粘度范圍較低）比有機物含量較低的錫膏具有更大的有機物蒸發率。
對于粘度范圍較低的錫膏，大部分有機物在金屬熔化前就已蒸發，當金屬開始凝固時，殘留的蒸氣較少。原因是有機物含量的增加會降低錫膏粘度，從而使錫膏更具流動性，使金屬粉末和添加劑混合得更均勻。這反過來又有利于揮發氣體的逸出。
圖4顯示了焊點剪切強度與錫膏粘度之間的關系。一般來說，焊點的剪切強度會隨著錫膏粘度的降低而增加。錫膏粘度在35.2-213.3 Pa s之間變化，而剪切強度分別在46.25-35.27 MPa 之間變化，反映了 30% 的顯著變化。當錫膏粘度低于50 Pa s時，這種趨勢更為明顯。由于粘度較低的錫膏制成的焊點孔隙率較低，因此其抗剪切能力較強。
圖4.焊點的剪切強度與錫膏粘度之間的關系。
為了獲得具有高剪切強度的更可靠、更堅固的焊點，應采用有機物含量較高（粘度較低）的焊膏。
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Y. Tian, Yan C. Chan, J. K. L. Lai, and Sally T. F. Pak. (1997). The Effect of Solder Paste Viscosity on Porosity and Mechanical Properties of Surface Mount Solder Joints. IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology—Part B, Vol. 20.
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