焊锡膏涂布状态观察和三维尺寸测量
在印刷电路板封装的主流技术—表面封装技术（SMT：Surface Mount Technology）中，“焊锡膏（焊膏）”是用来连接和接合表面封装部件（SMD：Surface Mount Device）和印刷电路板的部分。印刷和涂布的状态很大程度决定了封装印刷电路板的品质。下面我们将为您介绍焊锡的基础知识、印刷电路板封装工序以及在其品质保证、研发阶段的评价中十分重要的焊锡膏观察和测量的案例。
焊锡的基础
焊锡（solder）是将电子部件以金属接合的方式连接到印刷电路板上的材料。一般在低于450°C的温度下熔解，并通过固化在印刷电路板侧的铜接合部形成合金，将接点接合。使用焊锡接合称为焊接（soldering）。
为了提高焊锡的渗透性和“润湿性”*，一般会使用焊剂。焊剂的原材料采用植物性树脂（松香等）。此外，焊剂具有防止加热时的氧化，并科学去除金属面的氧化膜及污渍的效果。
传统的焊锡（共晶焊锡、有铅焊锡）含有约40％的铅（锡63%/铅37%）。熔点为183°C，接合时一般加热至约250°C。但是，铅成为工业废物时会造成环境污染，因此从2000年左右开始，“无铅焊锡”便成为主流。使用无铅焊锡时，必须将加热温度设定为比过去高30°C左右的温度。为此，采用在表面封装中成为主流的回流焊方式时，回流焊工序中的温度曲线设定非常重要。当印刷电路板因为过热而发生翘曲时，可能会造成封装不良。此外，无铅焊锡的润湿性低于传统焊锡，因此根据涂布的焊锡膏状态和回流焊工序中的温度控制，可能会发生焊瘤等不良，或者因焊瘤而造成电路问题和故障。
- 小提示何谓“润湿性”
- 焊锡的“润湿性”也称为“焊锡润湿性”。熔解焊锡在接合物表面密接扩散而不被排斥的特性。焊接的润湿性跟接合强度有很大关系。例如，焊锡润湿性不足导致焊锡在印刷电路板的焊盘（焊垫）上未充分铺展的状态下凝固时，会引起元件接合强度下降、接触不良、导电不良等设备故障。
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- 接触角θ（图中A）越接近于0°，“润湿性”越高，如果是焊锡，印刷电路板和封装部件的接合强度也更高。当接触角θ极大（润湿性低）时，除了会造成封装不良之外，一旦固化成球状，还可能产生“焊瘤”导致短路。因此，尤其在回流焊工序等自动化封装工序中，在投入前检查焊盘上焊锡膏的润湿性非常重要。
焊锡膏的特点以及其他焊锡
焊锡膏是指由焊锡粉末和焊剂制作而成的膏状焊锡，也称为焊膏或锡膏。
它用于目前作为主流自动封装技术的表面封装技术（SMT），在大量生产中主要用丝网印刷在印刷电路板的焊盘上涂布焊锡膏，在用炉子加热后焊接表面封装部件（SMD）。
根据不同目的，有时会使用点胶机或喷墨打印机把焊锡膏进行图样涂布。
其他代表性的焊锡形态
除焊锡膏之外，代表性的焊锡形态如下。下面将说明其中的特点和使用方法。
- 焊锡丝
- 焊锡丝是指线状的焊锡。焊锡丝含有管状焊剂，用烙铁直接加热使其熔解，然后把部件焊接在印刷电路板上。自动控制的焊接装置会自动供应焊锡丝。
- 焊锡条
- 用于插入封装技术（IMT：Insertion Mount Technology），将引线（电极）插入印刷电路板通孔（孔），并通过焊接连接。使用熔解焊锡条的焊锡槽实施焊接。
回流焊方式的工序以及其它焊接的方法
回流焊方式（Reflow方式）是在使用表面封装技术（SMT）的自动封装工序中采用的主流方式。
一般来说，通过使用金属掩膜的丝网印刷，将焊锡膏在印刷电路板的焊盘上进行图样涂布。用于固定部件的芯片键合技术，也需要在必要位置进行图样涂布，然后用名为贴片机的装置在该位置自动安装表面封装部件（SMD）。最后将其搬运到名为回流炉的炉子里加热，接合部件。这种工序称为回流焊工序。
此外，将印刷电路板上下翻转，再次涂布焊锡膏，安装SMD，用回流炉加热，就可在印刷电路板的两面实施表面封装。这种工序如下所示。
其他代表性的焊接手法
除回流焊方式以外，还有其它多种焊接方法。以下列举了手工作业、自动控制、生产线自动封装中使用的代表性方法。
- 烙铁
- 将烙铁前端用镍铬丝加热器或陶瓷加热器加热到高温，使其直接接触线状的焊锡丝给予加热。熔解焊锡，将部件接合到印刷电路板上。带有温度调整功能的烙铁具有高便利性，可轻松达到要使用焊锡的熔解温度。此外，烙铁不仅可用于手工作业，还可用于自动装置。根据用途，还可使用在门型装置或机械手臂上安装烙铁，通过自动控制，在编程好的坐标处实施高精度焊接的装置。
- 波峰焊方式（Flow方式）
- 将印刷电路板的下表面浸于熔解焊锡条的焊锡槽的焊锡液面，实施焊接。这种手法，主要用于封装引线型的DIP部件。波峰焊工序中使用的焊锡槽包括液面静止的“静止槽”与焊锡液面有波动的“喷流焊锡槽”。
焊锡膏涂布状态观察和三维尺寸测量的案例
由粉末的焊锡和焊剂制作成的焊锡膏，在向焊盘印刷（涂布）时的润湿性，很大程度上决定了封装品质与可靠性。涂布的焊锡膏的润湿性可从相对于焊盘的角度来评价。此外还需从外观观察焊锡粉末和焊剂在焊盘上的铺展情况，以及检查体积和形状。
但是，焊锡膏会由于光线反射而出现光晕，而且与背景的光线反射率不同，还具有立体的形状，因此很难在整体对焦的状态下观察。而且，回流焊前的焊锡膏不可使用接触式的测量仪测量形状。而普通显微镜很难准确、定量地测量三维尺寸，这也是面临的课题之一*。
与本公司旧VH系列产品的比较
基恩士的超高精细4K数码显微系统“VHX系列”采用了实现大景深与高分辨率的光学系统和4K CMOS，以及高功能照明、高水准图像处理等自主研发的设计系统。这样就可用简单操作完成难以做到的条件设定和立体目标物对焦，还可通过4K高分辨率图像清晰地观察。另外，还可直接从4K高分辨率图像上以非接触的方式高精度地测量二维和三维尺寸。下面我们将为您介绍使用“VHX系列”观察和测量印刷电路板焊盘上涂布的焊锡膏的案例。
用4K图像高分辨率观察焊锡膏
4K数码显微系统“VHX系列”可借助大景深，清晰地获取焊盘上立体涂布的焊锡膏的整体对焦图像。而且，采用“去除环形光晕”功能和“去除反光”功能，可避免受到焊锡膏特有的光线反射的影响。由此，便可通过清晰的4K高分辨率图像，观察微小焊锡粉末和焊剂的状态、焊盘和焊锡的边界等细节。
此外，只需按下按钮的简单操作，就可设定照明条件。采用可自动获取在多方位照明条件下拍摄数据的“多方位多功能照明”功能，只需选择符合目的的图像，即可开始观察。各照明条件的图像数据会被保存下来，日后可调用不同照明条件的图像，以不同角度进行观察。除此之外，只需选择图像即可复制相同条件，因此即使是其它日期、其它个体的样品，也可立刻以相同条件重新开始观察。
焊锡膏的三维尺寸测量和轮廓测量
4K数码显微系统“VHX系列”可从正上方拍摄清晰的4K观察图像，并直接从图像上捕捉微小的纹理变化、表面粗糙度等，实现3D图像化。而且还可以高精度地快速测量二维和三维尺寸。
这样便可以非接触的方式测量包括焊锡膏的高度、体积在内的三维尺寸和形状，而这些操作用接触式测量器无法做到。根据焊锡膏的体积和形状，可对焊锡量不足、假焊等不良原因轻松地实施定量评价。
此外，只需看着画面用鼠标指定各种位置，即可测量轮廓。以非接触、非破坏的方式测量涂布成各种形状的焊锡膏的二维截面形状，在从相对于焊盘的角度评价润湿性时也十分有效。
提升焊锡膏观察和分析的水平、提高工作速度的4K数码显微系统
随着印刷电路板和元件变得小型化和高密度化，电子元件行业在全世界范围进行着高品质和新技术的角力。4K数码显微系统“VHX系列”具有出色的性能，配备丰富的功能，用简单操作即可快速解决各个课题，在电子元件行业提供高度竞争力。
“VHX系列”可通过4K图像进行清晰的高倍率观察，实现高精度3D图像化，只需1台设备就可无缝地测量二维和三维尺寸、测量轮廓以及自动制作报告，因此在研发和品质保证阶段，可显著提升评价的准确性和速度。
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