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1、錫膏質(zhì)量的控制 摘要：表面安裝工藝流程的關(guān)鍵工序之一就是焊膏印刷。其控制直接影響著組裝板的質(zhì)量。通過(guò)對(duì)焊膏的特性、模板設(shè)計(jì)制造、以及印刷設(shè)備工藝參數(shù)的優(yōu)化設(shè)定等方面，對(duì)焊膏印刷質(zhì)量的控制作初步探討。關(guān)鍵詞：焊膏 模板 印刷機(jī) 刮刀焊膏印刷工藝是 SMT 的關(guān)鍵工藝，其印刷質(zhì)量直接影響印制板組裝件的質(zhì)量，尤其是對(duì)含有 0.65mm 以下引腳細(xì)微間距的 IC 器件貼裝工藝，對(duì)焊膏印刷的要求更高。而這些都要受到焊膏印刷機(jī)的功能、模板設(shè)計(jì)和選用、焊膏的選擇以及由實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)所設(shè)定的參數(shù)的控制。本文就這些方面論述一下如何控制焊膏印刷質(zhì)量。1、焊膏要求1、1 良好的印刷性焊膏的粘度與顆粒大小是其主要性能。焊膏

2、的粘度過(guò)大，易造成焊膏不容易印刷到模板開(kāi)孔的底部，而且還會(huì)粘到刮刀上。焊膏的粘度過(guò)代，則不容易控制焊膏的沉積形狀，印刷后會(huì)塌陷，這樣較易產(chǎn)生橋接，同時(shí)粘度過(guò)代在使用軟刮刀或刮刀壓力較大時(shí)，會(huì)使焊膏從模板開(kāi)孔被刮走，從而形成凹型焊膏沉積，使焊料不足而造成虛焊。焊膏粘度過(guò)大一般是由于配方原因。粘度過(guò)低則可以通過(guò)改變印刷溫度和刮刀速度來(lái)調(diào)節(jié)，溫度和刮刀速度降低會(huì)使焊膏粒度增大。通常認(rèn)為對(duì)細(xì)間距印刷焊膏最佳粘度范圍是800pas1300pas，而普通間距常用的粘度范圍是 500 pas900 pas。焊膏的顆粒形狀，直徑大小及其均勻性也影響其印刷性能。一般焊膏顆粒為圓球形，直徑約為模板開(kāi)口尺寸的 1/

3、5，而且顆粒的直徑應(yīng)均勻一致，其最大尺寸與最小尺寸的顆粒數(shù)不應(yīng)超過(guò) 10%，這樣才能提高印刷的均勻性和分辨率。我們可以從表 1 中了解焊膏的選擇與器件間距的相應(yīng)關(guān)系。表 1 焊膏的選擇與器件間距的關(guān)系焊膏尺寸范圍（um）目數(shù) 器件間距75-45-200/+325 0.60-1.3045-25-325/+500 0.40-0.6035-25-400/+500 0.20-0.4020-500 0.21、2 良好的粘結(jié)性焊膏的粘結(jié)性除與焊膏顆粒、直徑大小有關(guān)外，主要取決于焊膏中助焊劑系統(tǒng)的成分以及其它的添加劑的配比量。焊膏良好的粘結(jié)性使其印刷時(shí)對(duì)焊盤(pán)的粘附力大于模板開(kāi)口側(cè)面的粘附力，使焊膏牢固的粘附

4、在焊盤(pán)上，改善脫模性，粘接性好且能保持足夠的時(shí)間，可使組件貼裝時(shí)減少飛片或掉片。1、3 良好的焊接性用于印刷的焊膏，典型金屬含量為 90%。焊膏的焊球必須符合無(wú)氧化物等級(jí)，即氧化物含量0.1%，包括表面吸附氧在內(nèi)的氧化物總含理=0.04%。焊膏印后保存時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，印刷周期過(guò)長(zhǎng)都會(huì)因熔劑等物質(zhì)揮發(fā)而增加氧化程度，影響焊料的潤(rùn)濕性。焊膏應(yīng)在 5-10保存，在 22-25時(shí)使用。根據(jù)焊膏的性能和使用要求，可參考以下幾點(diǎn)選用適宜的焊膏：1）焊膏的活性可根據(jù) PCB 表面清潔程度來(lái)決定，一般采用RMA 級(jí)，必要時(shí)采用 RA 級(jí)；2）根據(jù)不同的涂覆方法選用不同粘度的焊膏；3）精細(xì)間距印刷時(shí)選用球形細(xì)顆粒焊膏

5、；4）雙面焊接時(shí)，第一面采用高熔點(diǎn)焊膏，第二面采用低熔點(diǎn)焊膏，保證兩者相差 30-40，以防止第一面已焊元器件脫落；5）當(dāng)焊接熱敏組件時(shí)，應(yīng)采用含鉍的低熔點(diǎn)焊膏；6）采用免清洗工藝時(shí)，要用不含氯離子或其它強(qiáng)腐蝕性化合物焊膏。7）還要求焊膏回流焊后有良好的清潔性，極少產(chǎn)生焊料球，有足夠的焊接強(qiáng)度。2、模板模板是焊膏印刷的基本工具?？煞譃槿N主要類(lèi)型：絲網(wǎng)模板、全金屬模板和柔性金屬模板。絲網(wǎng)模板制作簡(jiǎn)單，適合于小批量的產(chǎn)品，缺點(diǎn)是孔眼通過(guò)絲網(wǎng)不容易看到焊盤(pán)，定位困難，而通過(guò)絲網(wǎng)的焊膏只有孔眼的 60%左右，容易堵塞。模板的開(kāi)口尺寸與模板厚度密切相關(guān)，過(guò)厚，會(huì)導(dǎo)致焊膏的脫模不良，且易造成焊點(diǎn)橋接；過(guò)

6、薄，則很難滿(mǎn)足粗細(xì)間距混裝的組裝板的要求。選用參見(jiàn)表 2器件類(lèi)型 引線(xiàn)間距（mm）焊盤(pán)寬度（mm）模板開(kāi)口尺寸（mm）模板厚度（mm）通用 SMT 器件（注）BGA 1.27 0.64 0.58 0.20-0.250.65 0.35 0.30-0.33 0.15-0.180.50 0.30 0.22-0.25 0.12-0.150.40 0.22 0.18-0.20 0.10-0.120.30 0.18 0.12-0.15 0.101.27 0.80 0.76 0.20-0.251.00 0.63 0.56 0.15-0.200.50 0.25 0.23 0.12-0.19Fliphip 0.

7、25 0.12 0.12 0.08-0.100.20 0.10 0.10 0.05-0.100.15 0.08 0.08 0.03-0.08注：包括 SOIC、PLCC、TSOP、QFP 等通用器件模板開(kāi)口一般通過(guò)化學(xué)蝕刻，激光束切割以及電鑄等方法制造。在制造過(guò)程中均以取得光滑一致的開(kāi)口側(cè)壁為目標(biāo)。模板可采用有焊盤(pán)孔眼的錫青銅、鈹青銅、不銹鋼、箔片等材料制作。不銹鋼是激光切割來(lái)制造模板最常用的材料，經(jīng)激光束切割后獲得的模板開(kāi)口可以自然形成錐形內(nèi)壁，有助于焊膏的釋放這一特點(diǎn)對(duì)于細(xì)間距印刷尤為重要。另外，還可以通過(guò)電拋光或鍍鎳的方法使開(kāi)口內(nèi)壁更光滑 致。柔性金屬模板是非曲直絲網(wǎng)模板與全金屬模板的結(jié)

8、合，將蝕刻后的金屬模板四周打孔，尺寸范圍控制在 15-20mm 之間，用于小接固定在絲網(wǎng)上，周?chē)媚z帶固定。這種制做工藝簡(jiǎn)單，成本低，能滿(mǎn)足中小批量的生產(chǎn)，目前國(guó)內(nèi)外采用這類(lèi)模板的最多。金屬模板四周距鋁框架的距離不能太大，保證纖維拉緊超過(guò)彈性點(diǎn)，具有一定柔性，一般將距離控制在50-75mm。3、印刷機(jī)的選擇焊膏印刷機(jī)主要執(zhí)行兩大功能，模板與 PCB 的精確定位及刮刀的參數(shù)控制。目前，印刷機(jī)發(fā)展迅速，大多數(shù)采用機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)對(duì) PCB 上的基準(zhǔn)點(diǎn)的自動(dòng)定位來(lái)完成印刷前的快速調(diào)整。MPM 公司的 Utraprint2000 焊膏印刷機(jī)采用先進(jìn)的上下照視及光學(xué)技術(shù)，為快速準(zhǔn)確的定位提供了精巧的閉路反蝕

9、系統(tǒng)，并且有 3D 高度探測(cè)系統(tǒng)以每秒 12-14 個(gè)焊盤(pán)的速度精確測(cè)量焊膏高度，可印刷的 PCB 為 0.381-12.7mm 最小間距 0.3mm。適合于生產(chǎn)規(guī)模較大，產(chǎn)品要求較高的用戶(hù)。對(duì)于批量較小，品種較多的用戶(hù)來(lái)說(shuō)，選擇半自動(dòng)/手動(dòng)印刷機(jī)靈活性好，價(jià)格比較經(jīng)濟(jì)，操作過(guò)程簡(jiǎn)單。4、印刷工藝參數(shù)的設(shè)定4、1 刮刀的類(lèi)型不同廠(chǎng)家使用的刮刀類(lèi)型不同，同時(shí)焊膏的差異也會(huì)要求使用不同的刮刀。刮刀的類(lèi)型有三種。4、2 刮刀的調(diào)整a）刮刀運(yùn)行角度一般為 60-65o 時(shí)焊膏印刷的品質(zhì)最佳。焊膏的傳統(tǒng)印刷方法是刮刀沿模板的 X 或 Y 方向以 90o 角運(yùn)行，這往往導(dǎo)致于器件在開(kāi)口不同走向上焊訓(xùn)量的不

10、同。我們經(jīng)多次印刷試驗(yàn)證明，刮刀以 45o 的方向進(jìn)行印刷可明顯改善焊膏不同模板開(kāi)口走向上的失衡現(xiàn)象，同時(shí)還可以減少對(duì)細(xì)間距的模板開(kāi)口的損壞。b）刮刀壓力并非只取決于氣壓缸行程要調(diào)整到最佳刮刀壓力，還必須注意刮刀平行度。壓力一般為 30N/mm2。4、3 印刷速度焊膏在刮刀的推動(dòng)下會(huì)在模板上向前滾動(dòng)。印刷速度快有利于模板的回彈，但同時(shí)會(huì)阻礙焊膏向 PCB 的焊盤(pán)上傳遞，而速度過(guò)慢，焊膏在模板上將不會(huì)滾動(dòng)，引起焊盤(pán)上所印的焊膏分辨率不良，通常對(duì)于細(xì)間距的印刷速度范圍為25-30mm/s，對(duì)于粗間距的印刷速度為 25-50mm/s。4、4 印刷方式目前最普遍的印刷方式分為接觸式印刷和非接觸式印刷。

11、模板與 PCB 之間存在間隙的印刷方式為非接觸式印刷。一般間隙值為 0.5-1.5mm，其優(yōu)點(diǎn)是適合不同粘度焊膏。焊膏是被刮刀推入模板開(kāi)孔與 PCB 焊盤(pán)接觸，在刮刀慢慢移開(kāi)之后，模板即會(huì)與 PCB 自動(dòng)分離，這樣可以減少由于真空漏氣而造成模板污染的困擾。模板與 PCB 之間沒(méi)有間隙的印刷方式稱(chēng)之為接觸式印刷。它要求整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，適用于印刷高精度的焊膏，模板與PCB 保持非常平坦的接觸，在印刷守后才與 PCB 脫離，因而該方式達(dá)到的印刷精度，尤適用于細(xì)間距、超細(xì)間距的焊膏印刷。隨著鋼板的廣泛應(yīng)用，以及元器件向小而密方向的發(fā)展，接觸式印刷因其高的印刷精度而普遍采用。4、5 印刷效果 的評(píng)定理想的印刷效果為下圖所示狀態(tài)。因素印刷結(jié)果 刮刀硬度 好 略硬 太硬 軟刮刀速度 好 略快 太快 略慢印刷壓力 好 好 太大 太小