锡膏粘度对表面贴装焊点孔隙率和机械性能的影响-深圳福英达
锡膏粘度对表面贴装焊点孔隙率和机械性能的影响
表面贴装技术是电子行业中最重要的技术之一，它通过锡膏将元器件连接到印刷电路板上。然而，锡膏中的有机物会在热回流过程中产生气泡，导致焊点中形成孔隙。孔隙会降低焊点的强度、导电性和导热性，甚至引起疲劳裂纹，影响产品的可靠性。
那么，如何控制锡膏中的孔隙呢？锡膏的粘度是一个关键因素。Tian等人选取了四种不同粘度范围的锡膏。通过X射线照相、热重分析和剪切试验，研究锡膏粘度和表面贴装焊点孔隙率的关系。
通过 X 射线射线照相术，可以观察到，焊膏粘度越高，焊点的孔隙率越大。
图1.焊点的典型 X 射线照片：(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。
图2显示了不同粘度范围锡膏的热重（TG）曲线。在金属合金熔化前，粘度范围较低的锡膏具有更高的有机物蒸发率，但在金属合金熔化后，蒸发率较低。
图2.由TGA得出的锡膏重量损失率与回流温度曲线图。粘度范围从曲线i)增加到曲线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。
图 3.不同粘度范围的锡膏在TG过程中的失重率：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。
从图3中可以看出，在TG过程中，粘度范围较低的锡膏的失重率高于粘度范围较高的锡膏。锡膏的失重率随着粘度范围的减小而增加，失重率从3.3%逐渐增加到3.5%。
这一结果表明，有机物含量较高的锡膏（粘度范围较低）比有机物含量较低的锡膏具有更大的有机物蒸发率。
对于粘度范围较低的锡膏，大部分有机物在金属熔化前就已蒸发，当金属开始凝固时，残留的蒸气较少。原因是有机物含量的增加会降低锡膏粘度，从而使锡膏更具流动性，使金属粉末和添加剂混合得更均匀。这反过来又有利于挥发气体的逸出。
图4显示了焊点剪切强度与锡膏粘度之间的关系。一般来说，焊点的剪切强度会随着锡膏粘度的降低而增加。锡膏粘度在35.2-213.3 Pa s之间变化，而剪切强度分别在46.25-35.27 MPa 之间变化，反映了 30% 的显著变化。当锡膏粘度低于50 Pa s时，这种趋势更为明显。由于粘度较低的锡膏制成的焊点孔隙率较低，因此其抗剪切能力较强。
图4.焊点的剪切强度与锡膏粘度之间的关系。
为了获得具有高剪切强度的更可靠、更坚固的焊点，应采用有机物含量较高（粘度较低）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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