摘要

　　随着国际形势的不断变化，高端电子产品领域中很多元器件及加工材料都来源于国外进口，为了减少对国际市场的依赖，避免在生产过程中出现焊接材料的使用限制，提升智能制造国产化率，结合行业中现有的高性能电子产品的严酷使用环境及要求，对生产过程中的各类设备参数、产品试验过程进行研究分析，确定产品焊接材料的要求及适应性，为电路板焊接材料提供选型与试验的整体方案。

　　一、焊料选型与要求

　　金属材料在焊接时需要对材质选型，印制线路板焊接一般以钎焊的加工方式进行焊接。在表面贴装技术（SurfaceMountTechnology，简称SMT）使用过程中，将表面清洁的焊件与焊料加热到一定温度，焊料熔化并润湿焊件表面，在其界面上发生金属扩散并形成结合层，从而实现金属的焊接，同时焊料选型应考虑生产加工成本、工艺等要素以满足实际的加工要求。市场上使用最广泛的则是锡膏，因此本文将以锡膏选型验证作为重点研究与分析对象。

　　（一）锡膏分类

　　锡膏是由焊料合金粉（焊粉）、焊剂和一些添加剂均匀混合成的膏状焊料，具有一定的黏性和触变性。锡膏印刷是表面组装工艺重要组成部分，它直接影响表面组装的焊接质量。据统计数据表明，60%—70%的焊接缺陷是由锡膏不良结果所造成的，因此本文根据锡膏特性主要对熔融温度、合金成分、助焊剂选型进行分类。

　　1熔融温度。锡膏按熔融温度可分为三大类（见表1）。

　　2合金成分。

　　若按金属合金成分对锡膏进行分类，其系列众多。常见的锡膏主要有锡铅系列、锡铅银系列、锡银系列、锡银铜系列四种。锡铅系列富含铅金属元素，价格便宜，可靠性高，应用广泛。锡铅银系列含银材料，提升金属焊点的韧性，焊点光亮不易断裂。锡银系列突出在强度高、热疲劳性能好。锡银铜系列与传统有铅制程相接近，适配性相对较好，被行业无铅制程普遍使用。

　　3助焊剂选型。

　　锡膏中助焊剂选型非常重要，根据活性成分大致可以分为L级（低活性）、M级（中活性）、H级（高活性）。同时，通过离子污染物检测设备测量氯化钠含量进行确认，根据J-STD-001标准，氯化钠等效离子污染值应小于1.56μg/cm2。若离子污染物过高，将会导致表面绝缘电阻测试及电化学迁移测试大于108Ω，通过综合验证低活性助焊剂可满足表面绝缘电阻等测试要求。其次，锡膏中助焊剂主要成分有树脂型（RE）、松香型（RO）、无机物型（IN）有机物型（OR）溶剂。由于锡膏中的助焊剂成分不同，所对应的材料需要适配相应的清洗溶剂，这样才能保证更高的洁净度，如果使用免清洗工艺，选用锡膏时应考虑L0级的材料。

　　（二）焊料选型

　　1、合金成分要求

　　根据高性能电子产品质量控制要求内容可知，需要达到以下要求：

　　（1）能够形成光亮且良好的焊点。（2）能够清洁表面的助焊剂残留，并能够让焊剂有效挥发。（3）能将元器件固定在适当位置直至焊料回流，作为锡膏选型最终标准。

　　同时，焊料中锡的质量百分比应≤97%，涂覆在印制线路板上至少含3%铅的锡铅合金。其他场合的焊接及引线、导线端头的搪锡可采用Sn60Pb40。根据文件要求，高性能电子有铅产品一般均使用合金成分为Sn63Pb37的锡膏。

　　2.合金颗粒度要求

　　根据IPC-A-610标准，电子产品SMT加工选择金属颗粒度为20—75μm，另在航空标准的具体文件中指出，颗粒形状选用球状或接近球状颗粒的锡膏，推荐常用粒度为200—325目（45—75μm），对于细间距的表面安装，可选用金属粉末的粒度为325—500目（25—45μm），但最小的粒度应大于10μm。

　　综合以上标准要求，很多SMT加工厂选择使用性价比高的锡膏粉末颗粒度为2号粉或3号粉，同时合金颗粒度选型时，还需要考虑到钢网开口尺寸、电子元器件的引脚间距等其他工艺参数。

　　3.锡膏助焊剂活性要求

　　助焊剂的活性应采用R级、RMA级，不应使用RA级助焊剂材料。同时，国军标对助焊剂残留物要求组装件表面清洁，无助焊剂残留物，相关因素下允许有免清洗焊剂残留物，如果清洗后有助焊剂残留物或活性剂残留，需做拒收处理。因此，军工电子产品的锡膏助焊剂活性等级应满足L级或M级标准。为了保证锡膏焊料具备足够的活性，同时为了减少活性高而造成焊盘腐蚀，故锡膏焊接完成后要进行必要的清洗工作。

　　除了上述三点要求以外，高性能电子产品使用的锡膏还必须满足润湿性、黏度等其他要求，一般需要进行特别的工艺验证，并结合人、机、料、法、环、测要素进行识别，在此不做详细地展开分析。

　　二、锡膏焊料试验

　　在SMT焊接过程中，一般主要以IPC-A-610、J-STD-001及IPC-7711/7721等标准作为检验依据，主要通过合金成分、使用性能、助焊剂挥发性的三要素进行评价。后两种性能需要在生产过程中要加以验证得出，一般通过印刷和回流焊接进行验证，合金成分分析需要进行相应的可靠性试验。

　　（一）锡膏工艺定性分析

1.锡膏黏度验证

可以通过目检和搅拌的方式测定锡膏的黏度，同时技术规格书也会提供测定方式和相应要求，锡膏黏度与车间的温湿度、保存方式、开封时间等都有一定的关系，为保证试验的严谨性，锡膏搅拌后应该随着搅拌刀自由滑落，而不能产生断裂的情况，可以明显地体现锡膏的黏稠度，则视为合格。

　　2.锡膏颗粒度直径确认

本次工艺验证选择3号粉的锡膏，通过锡膏印刷机准确地印刷在焊盘上。然后通过100倍显微镜检查锡膏的排列方式，检查印刷是否有偏移、锡膏拉尖等不良，合金颗粒度应有序排列即为合格，见图1。

　　图1 200倍下锡膏金属粉末

　　3.锡膏坍塌验证

　　在生产印刷作业后，锡膏坍塌可以通过目视检验或使用10倍的放大镜检查，一段时间内，如果出现锡膏坍塌则判定不合格，否则回流焊接会出现短路现象。本次试验在20℃—26℃，湿度30%—60%RH的环境下进行测试，通过30分钟观察，4种锡膏效果见表2：

　　4.X-ray检测

　　将试验焊点通过5DX-ray设备进行检测，目标要求单个空洞面积应小于整体面积5%，所有空洞面积小于整体面积的10%，通过检测：国产锡膏1和国产锡膏3均能满足试验要求，见表3。

　　（二）生产过程工艺验证

　　1.锡膏印刷

　　（1）试验对象。贴片元器件0805、0603、0402、0201封装的贴片电阻，器件总数100颗，进行锡膏印刷操作。

　　（2）试验方法。①分别选用4款锡膏样品分别印刷100片，然后挑选第1、25、50、75、100片样品板进行锡膏印刷检查。②按照以上操作对4次取样印制板放置30分钟后，再进行检查。

　　（3）试验标准。印刷后参照IPC-A-610三级验收标准，未出现渗透、锡少、坍塌、拉尖、偏移、厚度不均等不良状况。

　　（4）试验结果。观察4款锡膏样品印刷坍塌情况，样品2和样品4均在30分钟以后锡膏开始坍塌，其中样品1的锡膏坍塌最为明显，需要继续进行焊接验证。

　　2.回流焊接

　　（1）试验对象。选用0402和0603的贴片元器件进行回流焊接验证，器件焊接验证总数为80颗，共进行回流焊接验证80片。

　　（2）试验方法。调整贴片机参数，对印制板进行表面贴装，然后使用炉温测试仪测量回流炉温曲线，确定最高温度和时长要求，无误后再进行回流焊接，为保证试验操作真实性，使用相同的炉温曲线进行焊接，随机抽取任意1片样品进行AOI光学检测焊接效果。

　　（3）试验标准。回流焊接后应满足国军标和IPC-A-610文件中的具体标准，执行焊点检验的具体内容，对产品上应没有引脚锡量不足、器件偏移、桥连、立碑、虚焊等不良状况进行检验。

　　（4）试验结果。通过焊接验证，4种锡膏所对应的贴片元器件焊接均为良好状态，通过显微镜检查国产锡膏和进口锡膏焊接质量一致，满足IPC-A-610三级验收标准要求。

　　（三）焊接可靠性验证

　　1.推拉力测试

　　（1）测试目的。通过拉力测试确定引脚的焊接能力及其附着在焊盘上的可靠性，从而对元器件在焊接工艺和焊接质量的可靠性进行评估。

　　（2）测试方法。将样品使用拉力测试设备在PCBA上任意选取5—10个贴片元件进行破坏性垂直或横向拔出，记录元件脱落时所产生的拉力值。

　　（3）测试结果。被测的所有贴片元器件的拉力测试值均需要大于20N。

　　2.金相切片测试

　　（1）测试目的。通过金相切片测试确定元器件的横截面层是否有明显的空洞、锡裂等异常现象，使用SEM测量引脚和焊接面是否存在不良的IMC层，从而对元器件在焊接工艺和质量的可靠性评估。

　　（2）测试方法。使用试验显微镜和SEM任意选取5—10个元器件进行切片研磨抛光动作后拍照，检查引脚焊接成型后横截面的情况。

　　（3）测试结果。①横截面检查不允许有锡裂的情况出现。②通孔面积小于整体面积的20%。③零件的横截面积不允许有不良的IMC层，IMC层的厚度要求均匀，厚度一般在1—3μm之间，满足要求。

　　三、结语

　　通过4款锡膏的工艺验证，国产锡膏能够满足高性能电子产品的焊接标准要求，锡膏中的合金成分、助焊剂、颗粒度等，结合在生产过程中的锡膏印刷、设备贴片、回流焊接、AOI检测和产品可靠性进行分析，能够满足IPC-A-610电子组件三级验收标准，同时在采购成本、供应周期上具有更加明显的优势，可作为焊料锡膏国产化选型参考。

　　【原文参考：周勇,张月春.SMT焊料国产化替代研究[J].产业创新研究,2025,(06):43-45.】