PCB工艺 如何挑选锡膏 (Solder paste selection)

公司为了无卤的政策，要求我要认可(Qualify)几支新的锡膏(Solder paste)，找了一些数据，也问了一些专家，原来锡膏的学问这么多，原本以为只要单纯的把回焊温度曲线 (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。

由锡膏焊接的电路板

由于公司用的电子零件越来越小，目前最小用到0402，至于0201还真不敢用，怕用了会在高湿的环境下短路，而且公司产品又要求一定得通过高温高湿的环测，所以选用的锡膏得特别留意 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质量，因为现在几乎所有的电子零件都是走SMT(Surface Mount Technology)制程，并透过锡膏来链接到电路板(PCB) ，所以选对一支适合公司产品的锡高非常重要。

要判断锡膏的好坏除了要看它的焊锡性(Solderability)、耐坍塌性(Slump)之外，下面这些项目是我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

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。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。

Ionic Contamination 电离子污染
Wetting test (IPC J-STD-005) 

Solder ball tset (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质量，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回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180C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。

另外，下面这些是我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 (锡球生率)
Solder bridge rate (锡桥生率)
Wetting ability (爬锡能力)
还要考虑的测试性的问题

Flux residium 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质量不稳的现象，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。