SMT锡膏用锡粉加工设备类型及发展研究

2021-11-29王欣瑞杨仕印

中国金属通报 2021年8期

章继，王欣瑞，杨仕印

（昆明铁道职业技术学院，云南昆明 650208）

在长期的发展中，电气锡焊料得到了较为长远的发展，当下已经呈现出丝、条、棒、珠等多种类型的锡料。电子锡焊料的发展，主要是受到我国内电子工业的高速成长，因此相比较一些国外的产品而言，具有着较强的竞争力。但是在一些精细化的产品以及某些高端应用领域，我国始终生产工艺存在着一定的落后问题，因此就需要在未来的发展中，可以得到全面的发展。

1 锡粉现状

在当下全球经济的发展中，对于焊锡粉的总体需求量普遍在20000吨上下，其中一半以上都来自于中国大陆地区。我国当下在全国共有20多家锡粉生产厂家，总体产能在1.6吨左右，占据着全球生产量的八成以上。

在当下市场规模不断扩大的过程中，使得消费类电子产品成为了当下焊锡粉应用的最重要领域。当下的手机、笔记本为主导的电子产业，所使用的焊锡膏类型，主要是T3、T4粒径的焊锡粉。而在全球对于锡粉的使用上，基本上都是对这两种类型锡粉的使用。另外，伴随着当下电子元器件的精细化程度不断的提升，出现变窄技术的发展趋势，因此T5、T6、T7类型的焊锡粉，越来越得到了人们的重视。这种类型的焊锡粉，也被称为超细粉，在未来的发展中，势必会成为焊锡粉工业生产的主要发展方向。当下在细分的制备技术方面，主要应用的是超声雾化技术与离心雾化技术。传统的气雾化技术，由于在使用的过程中，会导致制备的锡粉良品率不足，已经不再受到人们的使用。当下在进行制备的过程中，主要采用的是合金熔炼、雾化选粉以及筛分选粉以及包装等诸多的环节。而在国外的研究中，主要采用的焊锡粉技术也基于多样性的发展。特别是在一些企业当中，已经初步实现了集雾化制粉、气动精密分选、筛分技术一体化的生产技术，这样的焊锡粉加工制造工作，可以很好的满足SMT韩粉的高效、节能、环保的连续化生产，这样的产品在生产出来之后，可以有着较高的质量[1]。

2 锡膏现状

当下全世界每年对于焊锡膏的需求量，基本上都在2.5吨左右，同时我国成为了当下全世界最大的电子制造基地，众多的外国厂商都在中国境内开展了锡膏生产厂。锡膏是一种在电子产品的生产加工中，所不可或缺的一种基础材料。同时也是在使用SMT工艺组装过程中的基础技术。在未来的发展中，其电子产品逐渐呈现出集成化、复杂化的趋势，因此普遍的都将SMT工艺技术，取代了传统的THT工艺，这样就使得在锡膏的未来发展中，有着更加广阔的前景。另外，锡膏不仅仅是当下普通消费类电子在使用SMT贴片加工工艺当中的重要材料，还被有效的应用到了一些LED芯片倒装固晶工艺当中。

3 SMT贴片中锡膏的保存以使用环境

首先在收到锡膏之后，需要马上放入到冰箱当中，并保持在3℃~7℃下环境进行保存。需要注意的是，避免对锡膏出现冷冻的保存。在锡膏进行印刷之前，首先要将其从冰箱中拿出，同时在投入印刷工序之前，还要完成两个步骤。首先，需要避免锡膏的开封操作，要能够在室温的环境下，放置4~6h左右，以此让锡膏可以自然的恢复到常温。而在锡膏温度达到了室温之后，还要保障投入印刷之前，可以进行充分的搅拌，这样就可以让锡膏当中的各种成分充分的分布其中。而在搅拌的过程中，还要使用一些专用的搅拌设备，基于同一个方向进行搅拌处理[2-4]。

4 锡粉的加工设备以及未来发展方向

4.1 锡粉品质

在当下的锡粉加工过程中，企业对于锡粉往往有着针对性的要求。首先，在锡粉的形貌方面，也就是锡粉颗粒的外形，其正常的锡粉呈现出光滑的圆球形。而在不正常的锡粉颗粒外形上，可以分为不同的种类，分别为卫星球、孪生球以及破损球等不同的类型。

4.2 锡粉含氧量

在当下锡粉当中的含氧量方面，主要由三个不同的部分所构成，分别是氧化氧、溶解氧以及吸附氧这三种不同的类型。因此，在对其材料进行检测的过程中，一旦没有出现朗缪尔特征，就可以表示其中吸附氧并不存在。

而在一些含氧量过高的锡粉，就会使得在锡膏回流的过程中，出现锡珠不良的问题。而在锡粉当中的含氧量过低的情况下，会使得锡膏的外观较为的粗糙，甚至会出现发干的问题。

因此，通常情况下，对于含氧量的控制上，T3锡粉需要在70-100ppm，而T4锡粉则需要控制氧含量在80-120ppm之间。

4.3 锡粉的氧化物含量

在锡粉当中存在的氧化物，主要是由于在生产加工的过程中，受到其内部原料锡锭的影响。在使用质量较高的锡锭进行锡粉的生产加工之后，可以很好的控制氧化物的出现。而一旦使用了一些回收之后的锡锭，就会导致锡粉当中氧化物含量较高。

4.4 锡粉的合金比例

在生产SMT锡膏所使用的锡粉设备的发展过程中，基本上可以分为气雾化法、离心雾化法、超声波雾化法、改良型离心雾化法这几个发展过程，以此就可以生产出不同标准不同质量的细分。

4.4.1 气体雾化法

在使用气体雾化法的过程中，主要就是利用高速的气流，经过喷嘴流出，以此对熔融液体实现冲碎、雾化成小液滴的效果。在之后的沉降处理，并通过冷却的方式，固化成粉末颗粒。这样的技术方式，有着制粉率较高、产量大的优势。但是在实际的生产加工过程中，基本上产品都是基于椭球形的形状，同时在表面较为的粗糙，同时有着微粉的吸附，在其中的含氧量也较高。当下粉末粒度分布较为的广泛，同时在为细分的比例方面也偏高，而在后续的加工处理过程中，处理的工艺难度较高，在氮气消耗方面，加大的提升了生产加工的成本投入，当下已经不再使用这种技术工艺。

4.4.2 离心雾化法

采用离心雾化法的方式，就是一种从熔化装置当中，对其金属液晶到相撞致。导流到旋转盘的中心位置，之后由于惯性与离心抛甩的作用，以此让金属液沿着径向分布，并在旋转盘上形成一种薄薄的液膜。而在液膜到达到了旋转盘的边缘之后，就可以被液化成液滴。对于这些液滴而言，可以凝固成粉末，并生产出高圆度的多种型号的金属粉末。

在旋转盘离心雾化的过程中，最初是由美国公司研发出来，并由于生产过程中其粉末在尺寸、形貌的可控性优势，主要受到了全世界的重视。同时，在生产加工的过程中，其低廉的生产成本，也让该技术得到了更加广泛的推广，当下已经成为制备金属或者合金粉末的一种十分重要的方法。

相比较传统的气体雾化工艺而言，这种技术在使用的过程中，其采用的是离心雾化的方式，因此制备出来的焊锡粉在气粉的控制上较为的便捷，生产出阿里的球形也较为良好。另外，氧化的程度也相对较小，在粒度方面十分容易被控制。这种工艺在生产的过程中，其成品率往往可以的达到50%~60%的程度。

4.4.3 超声波雾化法

对于这种超声波雾化法，是近些年来研发出来的全新技术。生产加工的过程中，主要是利用超声波的方式，对其熔化的金属液滴，在超声波换能器的作用下，成功的雾化成粉末。相比较上述两种方法而言，这种方法在操作的过程中，可以最大程度上保证焊锡粉的球形度，同时在粉末的粒度分布上较窄，并控制了其中的含氧量。

在使用超声波雾化技术的过程中，首先其焊锡粉的含氧量较低，球形度也较为良好，在粒度方面较为的均匀。而在设备以及工工方面也操作的较为简单，并良好的把控了产品的质量。同时，能耗方面也较小，成本投入也相对较低。

4.4.4 改良型离心雾化法

在当下的技术发展中，基于传统的离心雾化法进行了改良与优化，因此建立出了改良型的离心雾化发。在该技术的使用中，所需要使用的设备尺寸较小，其雾化仓空间在直径1.8m左右，同时在加工的过程中，采用的是全密封操作，另外氮气的消耗量方面也较少，这样在电机转动的过程中，其转速相对较高。这种技术的先进性在于，对于雾化盘进行了全面的升级设计。同时，在中心粒径方面可以进行调整。而在成品率可以几近100%的程度，无论是在质量方面，还是在含氧量的控制上，都可以将其实现良好的控制。

4.5 未来发展

在当下的工业化发展中，在SMT当中实现无铅的加工方式越来越成为可能。进行无铅锡膏的加工制作，已经成为人们关注的重要课题内容。这种锡膏的性能优势较为的明显。当下无铅锡膏分为多种不同的类型。其中免清洗锡膏是当下SMT生产工艺当中的一种常见类型，是基于特殊合金成本，以及氧化物含量较少的球形锡粉进行炼制而已呈。当下在SMT锡膏在使用的过程中，可以很好的应用在一些连续性的阴衰当中。在这种产品的生产制造，可以很好的在高信赖度的低离子性活化剂系统，让其中残留较少的绝缘阻抗。

在SMT封装工艺当中，是一种基于高密度锡膏生产工艺的类型，以此将生产超精度球形锡粉所使用的助剂、添加剂，在经过自动配比之后，以此与进料设备进行充分的混合。而在反应炉过载之后，其安全装置与中央控制中心，都需要在自动配比设备的控制下进行操作。对于加工之后的成品，送入到自动控温搅拌槽过载，以此可以让SMT专用的锡粉有着较高的工艺简化程度，同时设备的造价也相对较低。在未来的发展中，需要结合起当下的技术工艺，实现针对性的分析与设计，对其设备进行进一步的改良，以此可以很好的满足设备的使用需求。

在SMT专用工艺下的无铅锡膏，在印刷过程中，具备着良好的流动性，同时落锡性也较为的良好。对于一些低于0.3mm间距的焊盘而言，也可以在使用的过程中，完成精美的印刷效果。对于这种连续的印刷工作而言，其粘性的变化较少。而在钢网的可操作性时间方面，可以很好的控制在8小时之间，并不会出现粘度的变化。以此，可以很好的保障在加工的过程中，其连续印刷的效果良好。而在实际的连续印刷过程中，由于粘性的变化较少，以此在钢网的可操作性时间上，不会出现图形的坍塌，以此对贴片组件方面的质量影响。另外，可以很好的应用到不同档次下的焊接设备上。这样的工艺下，并不需要在充氮的环境下开展，可以完成高效率的焊接工作。而在一些较宽的回流焊炉当中，可以表现出良好的焊接性能。而在SMT专用焊膏焊接之后，所出现的残留较少，使得在焊点上较为饱满的情况下，可以有着较大的绝缘抗组，进而就可以实现免洗的效果。

对于这种设备的出现，可以很好的满足当下众多的焊接需求。同时，在当下市场高速发展下，出现越来越多的产品，对于锡粉的要求也越来越高。因此，就需要在未来的发展中，可以很好的实现加工工艺的优化与升级，这样使得形成较高的加工效果。另外，还要在发展的过程中，加大对锡粉的研究，以此设计出更多先进的加工工艺[5]。