PCB组装焊膏类型的终极指南

如果您是一名从事 PCB 组装工作的电气工程师，那么选择合适的焊膏对于确保可靠连接、高性能和符合行业标准至关重要。那么，PCB组装用的锡膏主要有哪些种类呢？它们包括无铅焊膏、免洗焊膏、水溶性焊膏和松香焊膏，每种焊膏都根据其助焊剂类型和焊膏合金成分具有独特的性能。在这份综合指南中，我们将深入探讨每种类型，探索它们的特性、应用以及它们的成分如何影响您的装配过程。无论您是在优化环境合规性还是处理复杂的设计，本指南都将帮助您做出明智的决策。

为什么焊膏在 PCB 组装中很重要

焊膏是现代 PCB 组装的支柱，尤其是表面贴装技术 （SMT） 的支柱。它既可以作为粘合剂在回流焊接之前将元件固定到位，也可以作为在元件和电路板之间形成电气和机械粘合的材料。焊膏选择不当会导致焊点薄弱、立碑或空洞等问题，从而损害电路的可靠性。对于工程师来说，了解焊膏类型的细微差别可能意味着项目成功与代价高昂的返工之间的区别。

分解焊膏：关键组件

在深入研究特定类型之前，让我们看看焊膏的组成。焊膏是微小金属合金颗粒（通常直径为 20-50 微米）和助焊剂的混合物，助焊剂是一种清洁表面并防止焊接过程中氧化的化学试剂。合金成分决定了熔点和机械强度，而助焊剂类型则影响了清洁的难易程度和残留行为。合金和助焊剂这两个因素定义了我们将在下面探讨的焊膏类别。

1. 无铅焊膏：符合现代标准

自 2006 年引入有害物质限制 （RoHS） 指令以来，无铅焊膏已成为行业标准。这种类型的浆料因其毒性而消除了铅 （Pb），并用替代合金取而代之。最常见的无铅合金是 SAC305，由 96.5% 的锡 （Sn）、3% 的银 （Ag） 和 0.5% 的铜 （Cu） 组成。SAC305 的熔点约为 217-220°C，略高于传统含铅焊料（Sn63/Pb37 为 183°C），需要调整回流曲线。

优势：

• 环保且符合 RoHS 标准。

• 强大的机械性能，非常适合汽车和航空航天等高可靠性应用。

• 广泛可用并得到现代设备的支持。

挑战：

• 较高的熔化温度会对热敏部件造成压力。

• 更容易出现锡须等问题，这可能会导致小间距设计短路。

2. 免清洗焊膏：简化组装后流程

免清洗焊膏旨在在回流后留下最少的残留物，在大多数情况下无需清洁。免洗焊膏中的助焊剂在加热后变得惰性，留下一层薄薄的无腐蚀性层。这种类型的通常使用松香或合成树脂作为助焊剂基，并与 SAC305 等合金相结合，用于无铅应用。

优势：

• 通过跳过清洁步骤来减少生产时间和成本。

• 适用于效率至关重要的大批量制造。

• 残留物通常对于大多数应用是安全的，但建议对高可靠性设计进行测试。

挑战：

• 如果管理不当，残留物会干扰保形涂层的附着力或在线测试。

• 对于军事或医疗等关键应用来说，残留物可能会随着时间的推移带来风险，这并不理想。

最佳用例：免洗锡膏在消费电子组装中大放异彩，例如组装一批物联网设备。例如，在一个涉及 10,000 个智能传感器 PCB 单元的项目中，使用免清洗浆料可以避免清洁站，从而将生产时间缩短多达 20%。

3. 水溶性焊膏：易于清洁，可靠性高

水溶性焊膏使用的助焊剂在回流后可以很容易地用去离子水清洗。助焊剂通常基于有机酸，有机酸具有很高的活性，可确保出色的润湿性，但如果不去除，则会留下腐蚀性残留物。这种类型的合金通常与 SAC305 或 SnBiAg（锡-铋-银）等无铅合金配对，用于低温应用。

优势：

• 易于用水清洁，减少对刺激性溶剂的需求。

• 确保原始的电路板表面，这对于高可靠性应用至关重要。

• 优异的润湿性能，适用于具有挑战性的表面。

挑战：

• 需要清洁过程，增加生产时间和成本。

• 必须及时清除残留物，以免腐蚀。

最佳用例：水溶性浆料是清洁度不容商量的航空航天和医疗 PCB 的理想选择。例如，在间距小（0.4mm 间距）的医疗设备 PCB 中，水溶性助焊剂可确保没有残留物干扰信号完整性，这在 1 GHz 以上的工作频率下可能至关重要。

4. 松香焊膏：具有多功能性的传统选择

松香焊膏使用由天然或合成松香制成的助焊剂，松香是松树汁的衍生物。松香助焊剂具有温和的活性，可为大多数表面提供良好的润湿性，同时留下可在需要时清洁的残留物。它有含铅和无铅两种型号，合金包括 Sn63/Pb37（含铅）或 SAC305（无铅）。

优势：

• 用途广泛，与各种组件和电路板广泛兼容。

• 残留物是无腐蚀性的，通常会留在板上。

• 保质期长，易于在手动和自动流程中使用。

挑战：

• 如果不清洁，残留物可能会很粘并吸引灰尘，从而可能影响长期可靠性。

• 比水溶性助焊剂的侵蚀性小，因此可能难以处理严重氧化的表面。

最佳用例：松香焊膏是原型制作和小批量生产的首选。对于从事定制电机控制 PCB 的工程师来说，松香膏在测试阶段提供可靠性，而无需立即清洁。

了解焊膏合金成分：里面有什么？

焊膏合金成分在决定性能方面起着重要作用。让我们分解最常见的合金及其特性：

• SAC305 （Sn96.5/Ag3.0/Cu0.5）：标准无铅合金，熔点为 217-220°C。 它具有出色的抗热疲劳性，使其成为恶劣环境的理想选择。然而，它的银含量 （3%） 会增加成本。

• SnBiAg （锡-铋-银）：一种低温无铅合金，熔点约为 138-170°C，具体取决于确切的混合物。它非常适合热敏部件，但机械强度较低。

• Sn63/Pb37（锡铅）：传统合金，熔点为 183°C。 虽然由于其可靠性和低成本，它仍然用于一些军事和工业应用，但由于 RoHS 的限制，它已在很大程度上被淘汰。

选择合金：选择合金时，请考虑回流焊炉的功能和部件公差。例如，在带有 LED 的 PCB 上使用 SnBiAg 可以防止热损伤，因为 LED 的最高额定温度通常低于 200°C。

如何为您的项目选择合适的焊膏

选择合适的焊膏取决于几个因素：

1. 法规遵从性：如果您的产品针对欧盟或其他符合 RoHS 标准的市场，请选择 SAC305 等无铅焊膏。

2. 应用环境：对于高可靠性需求（例如航空航天），优先考虑水溶性浆料的清洁度。对于消费品，免洗膏可以节省时间。

3. 组件灵敏度：热敏元件可能需要 SnBiAg 等低温合金。

4. 产量：免清洗浆料可简化工艺，而小批量或原型可以使用松香浆来提高灵活性。

实用贴士：在全面生产之前，请务必对您选择的浆料进行小批量测试。例如，当我从事涉及高密度 FPGA 板的项目时，我们最初使用免清洗浆料，但发现残留物会干扰测试探针。改用水溶性浆料解决了这个问题，确保了 100% 的测试覆盖率。

焊膏的常见挑战和解决方案

即使使用正确的焊膏，PCB 组装过程中也可能出现问题。以下是一些常见问题及其解决方法：

• 桥：由过度的浆料或模板错位引起。解决方案：优化模板设计（孔径尺寸通常与焊盘尺寸为 1：1）并减少焊膏体积。

• 墓碑：由于加热不均匀，小部件在回流焊过程中会抬起。解决方案：调整回流曲线以确保均匀的温升（例如，每秒 1-2°C 的升温速率）。

• 空隙：接头中的气穴会降低导电性。解决方案：使用具有良好润湿性能的糊状物，并确保正确储存（通常为 2-10°C）以避免吸湿。

焊膏的储存和处理技巧

焊膏对温度和湿度敏感，这会影响其性能。以下是一些最佳实践：

• 在 2-10°C 的密封容器中储存，以防止氧化和潮湿。

• 使用前让糊状物达到室温（需要 4-6 小时），以避免冷凝。

• 在保质期内使用，无铅浆料通常为 6-12 个月，以确保粘度一致（大多数浆料约为 800-1000 kcps）。

为 PCB 组装做出明智的选择

为 PCB 组装选择合适的焊膏是在合规性、性能和生产效率之间取得平衡。无论您是使用无铅焊膏来满足 RoHS 标准，还是使用免清洗焊膏来满足 RoHS 标准，使用免清洗焊膏来满足大批量运行，还是使用水溶性焊膏来满足关键应用，了解焊膏合金成分和助焊剂类型都是关键。通过根据项目要求调整您的选择并进行全面测试，您每次都能获得可靠、高质量的焊点。