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如何挑選一支適合自己公司產品的錫膏 (Solder paste selection)
如何選擇一支適合自己公司產品的錫膏？表面絕緣阻抗(SIR)、電子遷移(Electromigration)、焊錫性(Solderability)、耐坍塌性、銅腐蝕測試、助焊劑殘留測試..等。
公司為了無鹵(HF, Halogen Free)的政策，要求工作熊要認可(Qualify)幾支新的錫膏(solder paste)，找了一些資料，也問了一些專家，原來錫膏的學問這麼多，原本以為單純的只要把回焊溫度曲線 (reflow profile)調好，看看焊錫性(solderability)好不好就可以了，沒想到事情沒這麼簡單。
由於公司用的電子零件越來越小，目前最小用到0402，至於0201目前還不敢用，怕用了會在高濕的環境下出現短路(short)導致漏電流(leakage current)增加，吃掉備份鈕扣電池(coin battery)的電量，而且公司產品又要求一定得通過高溫高濕的環測(Environmental test)，所以選用的錫膏得特別留意其SIR(Surface Insulation resistance, 表面絕緣阻抗)值的表現。
其實錫膏的好壞真的會直接影響到電子產品的焊錫性品質，因為現在幾乎所有的電子零件大多走SMT(Surface Mount Technology)製程，並透過錫膏來連結到電路板(PCB)，所以選對一支適合公司產品的錫膏真的非常重要。
建議延伸閱讀：介紹並認識【錫膏(solder paste)】的基本知識(含助焊劑)
評估一支「錫膏」至少需要確認那些特性?
要判斷一支錫膏的好壞除了要看它的焊錫性(Solderability)、耐坍塌性(Slump)之外，下面這些項目是工作熊認為一支好的錫膏所必須具備的特性，而且錫膏廠商也應該提供的這些測試項目，供客戶參考。當然，如果可以選擇一些項目來自己測試，以證明廠商的錫膏真的有如他們所宣稱的那麼好就更好了。
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SIR (Surface Insulation Resistance) 表面阻抗
請直接參考連結網址，SIR如果太低，容易在高溫高濕的環境下形成電子遷移或微短路問題。 -
Electromigration 電子遷移
【電子遷移】現象為相鄰的兩端存在電位差時，由金屬導電物質(如錫、銀、銅等)以類神經叢(dendritic filament)方式從電極的一端向另一端生長 (如下圖)。它生長的介質是導體，所以助焊劑如果有輕微的導電能力存在相鄰的兩端時，就容易產生電子遷移現象，尤其是在高溫高濕的時候。
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Corrosion test 銅腐蝕測試
將錫膏印刷於裸銅板經回流焊後置於 40°C + 93%RH(濕度) 的環境中持續 10 天，然後觀察其腐蝕狀況。(下圖為切片剖面圖，右邊的銅腐蝕比較嚴重)
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Ionic Contamination 電離子污染
「離子污染」與SIR其實有著絕對的關係，兩者都是為了避免日後發生電子遷移現象。離子污染是計算電路板焊接後表面殘留多少游離的離子，因為不論何種離子，只要發生電離，就會導電，造成絕緣阻抗下降。而SIR的測試則是將電路板放置在高溫高濕的環境下，測試其實際的阻抗，算是比較符合實際使用的狀況。其實只要錫膏廠商強調某支錫膏可以有非常良好的清潔效果，或是可以讓焊錫吃得非常漂亮的，都要特別留意其電離子汙染、SIR、銅腐蝕測試是否超標，因為這些錫膏會加入強酸來為助焊劑，強酸的腐蝕性強、離子溶度高。 - Wetting test (IPC J-STD-005)
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Solder ball test (IPC J-STD-005)錫球測試
嚴格來說錫球有兩種類型，一種是微錫球(micro-solder ball )，另一種是錫珠 (solder bead)。
典型的微錫球(micro-solder ball)發生的原因有：-
錫膏坍塌於焊墊之外，當回流焊重新熔融錫膏時，坍塌在焊墊外的錫膏無法完全縮回到焊點而形成衛星錫球。
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助焊劑在回流焊的過程急速逸並帶出錫膏於焊墊之外，如果錫膏粉末有氧化的話會更嚴重。
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錫膏耐氧化能力
如果是小量多樣的產線，生產過程中需要經常換線，換線後會需要確認錫膏印刷的品質，還有調機，錫膏常常在印刷後需要等一段時間才會進入回焊爐，這時候錫膏的耐氧化能力就會變得很重要了。 -
Slump test (IPC J-STD-005) 坍塌測試
坍塌測試一般用來檢測錫膏印刷於細間距零件腳能力(Fine Pitch Printability)，0.5mm的間距稱為fine pitch (細間距)，0.4mm的間距稱為 super fine pitch (超細間距) 。另外它也可以幫忙檢視錫膏在印刷後及迴流焊前可停留的時間。
測試的方法是印刷完後，擺放在25+/-5C的室溫20分鐘後，先檢查坍塌的情況，再加熱到180°C停留15分鐘，等到冷卻後檢查一次錫膏坍塌的情形，之後的2個小時及4個小時再檢查一次並紀錄，最好可以留照片。
另外，下面這些是工作熊認為在評估一支新錫膏時，自己可以做的項目：
- Solder bead rate (錫珠發生率)
- Solder ball rate (錫球發生率)
- Solder bridge rate (錫橋發生率)
- Wetting ability (爬錫能力)
還要考慮電路板組裝後測試性的問題
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Flux residuum rate (助焊劑殘留率)及 ICT (In Circuit Tester) fault reject rate (開、短路針床測試誤判率)。
當太多的助焊劑殘留於電路板上的焊墊時，會增加 ICT 的誤判率，因為助焊劑會阻擋測試針頭與電路板上測試點的接觸。另外助焊劑殘留於電路板的焊墊與焊墊之間，還可能在高溫高濕下產生電子遷移(Electromigration)的現象並進而造成輕微的漏電，久而久之電子產品就會出現品質不穩的現象，如果是發生在電池的線路上就會造成吃電現象，當然這種漏電現象還要視助焊劑的表面組抗(SIR)大小來決定。
助焊劑殘留太多 良好的助焊劑殘留 
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訪客留言內容（Comments）
狂人大哥，您好：
內文中有提到
Electromigration 電子遷移
【電子遷移】現象為相鄰的兩端存在電位差時，由金屬導電物質(如錫、銀、銅等)以類神經叢方式從電極的一端向另一端生長 (如下圖)。它生長的介質是導體，所以助焊劑如果有輕微的導電能力存在相鄰的兩端時，就容易產生電子遷移現象，尤其是在高溫高濕的時候。
請問電子遷移情況所產生的物質是什麼?
為什麼會產生?是一定會有的現象嗎?
謝謝 !!!
請問一下,目前客戶想在PCB上的Capsense pad使用OSP + Solder paste來取代Immersion gold
一般Capsense pad是電容式Touch pad不上件&需要Solder paste再過完爐後會產生一個具有厚度控制與平整性良好的平面
問題 :
Q1: Solder paste的印刷pattern應如何設計
Q2: 如何做到過爐後有厚度是相當一致的
發生電子遷移現象,剛好也是我們最近遇到的話題,我們在capacitor滴上一滴水珠,兩極通電通過一段時間之後就產生了。
https://www.youtube.com/watch?v=p1NsMBtp7H4
所以在客戶端產品做增濕測試失敗當時,技術工程師傻眼..
(1個月後我們就引進了測contamination 設備 XD)
謝謝熊大信息..
以下補充我們廠的經驗:
我們有客戶已經要求,既然無法杜絕電子遷移現象就要把它coating (每單片成本增加約 0.5-1€)
另外某些產品打算替換目前的Alpha改用Senju;降低pads上的錫膏量,
PCB的控制,PCBs assigned for climate-tests
盡量不採用pre-serial suppliers or reworked PCBs
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想請問一下..在挑選錫膏時是否會考慮到錫的附著力跟強度?..有沒有相關的標準?