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1、錫膏質量的控制 摘要：表面安裝工藝流程的關鍵工序之一就是焊膏印刷。其控制直接影響著組裝板的質量。通過對焊膏的特性、模板設計制造、以及印刷設備工藝參數的優(yōu)化設定等方面，對焊膏印刷質量的控制作初步探討。關鍵詞：焊膏 模板 印刷機 刮刀焊膏印刷工藝是 SMT 的關鍵工藝，其印刷質量直接影響印制板組裝件的質量，尤其是對含有 0.65mm 以下引腳細微間距的 IC 器件貼裝工藝，對焊膏印刷的要求更高。而這些都要受到焊膏印刷機的功能、模板設計和選用、焊膏的選擇以及由實踐經驗所設定的參數的控制。本文就這些方面論述一下如何控制焊膏印刷質量。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、的粘度過大，易造成焊膏不容易印刷到模板開孔的底部，而且還會粘到刮刀上。焊膏的粘度過代，則不容易控制焊膏的沉積形狀，印刷后會塌陷，這樣較易產生橋接，同時粘度過代在使用軟刮刀或刮刀壓力較大時，會使焊膏從模板開孔被刮走，從而形成凹型焊膏沉積，使焊料不足而造成虛焊。焊膏粘度過大一般是由于配方原因。粘度過低則可以通過改變印刷溫度和刮刀速度來調節(jié)，溫度和刮刀速度降低會使焊膏粒度增大。通常認為對細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，直徑約為模板開口尺寸的 1/
3、5，而且顆粒的直徑應均勻一致，其最大尺寸與最小尺寸的顆粒數不應超過 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關系。表 1 焊膏的選擇與器件間距的關系焊膏尺寸范圍（um）目數 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 良好的粘結性焊膏的粘結性除與焊膏顆粒、直徑大小有關外，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。焊膏良好的粘結性使其印刷時對焊盤的粘附力大于模板開口側面的粘附力，使焊膏牢固的粘附
4、在焊盤上，改善脫模性，粘接性好且能保持足夠的時間，可使組件貼裝時減少飛片或掉片。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氧化物等級，即氧化物含量0.1%，包括表面吸附氧在內的氧化物總含理=0.04%。焊膏印后保存時間過長，印刷周期過長都會因熔劑等物質揮發(fā)而增加氧化程度，影響焊料的潤濕性。焊膏應在 5-10保存，在 22-25時使用。根據焊膏的性能和使用要求，可參考以下幾點選用適宜的焊膏：1）焊膏的活性可根據 PCB 表面清潔程度來決定，一般采用RMA 級，必要時采用 RA 級；2）根據不同的涂覆方法選用不同粘度的焊膏；3）精細間距印刷時選用球形細顆粒焊膏
5、；4）雙面焊接時，第一面采用高熔點焊膏，第二面采用低熔點焊膏，保證兩者相差 30-40，以防止第一面已焊元器件脫落；5）當焊接熱敏組件時，應采用含鉍的低熔點焊膏；6）采用免清洗工藝時，要用不含氯離子或其它強腐蝕性化合物焊膏。7）還要求焊膏回流焊后有良好的清潔性，極少產生焊料球，有足夠的焊接強度。2、模板模板是焊膏印刷的基本工具。可分為三種主要類型：絲網模板、全金屬模板和柔性金屬模板。絲網模板制作簡單，適合于小批量的產品，缺點是孔眼通過絲網不容易看到焊盤，定位困難，而通過絲網的焊膏只有孔眼的 60%左右，容易堵塞。模板的開口尺寸與模板厚度密切相關，過厚，會導致焊膏的脫模不良，且易造成焊點橋接；過
6、薄，則很難滿足粗細間距混裝的組裝板的要求。選用參見表 2器件類型 引線間距（mm）焊盤寬度（mm）模板開口尺寸（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 等通用器件模板開口一般通過化學蝕刻，激光束切割以及電鑄等方法制造。在制造過程中均以取得光滑一致的開口側壁為目標。模板可采用有焊盤孔眼的錫青銅、鈹青銅、不銹鋼、箔片等材料制作。不銹鋼是激光切割來制造模板最常用的材料，經激光束切割后獲得的模板開口可以自然形成錐形內壁，有助于焊膏的釋放這一特點對于細間距印刷尤為重要。另外，還可以通過電拋光或鍍鎳的方法使開口內壁更光滑 致。柔性金屬模板是非曲直絲網模板與全金屬模板的結
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上，周圍用膠帶固定。這種制做工藝簡單，成本低，能滿足中小批量的生產，目前國內外采用這類模板的最多。金屬模板四周距鋁框架的距離不能太大，保證纖維拉緊超過彈性點，具有一定柔性，一般將距離控制在50-75mm。3、印刷機的選擇焊膏印刷機主要執(zhí)行兩大功能，模板與 PCB 的精確定位及刮刀的參數控制。目前，印刷機發(fā)展迅速，大多數采用機器視覺系統(tǒng)對 PCB 上的基準點的自動定位來完成印刷前的快速調整。MPM 公司的 Utraprint2000 焊膏印刷機采用先進的上下照視及光學技術，為快速準確的定位提供了精巧的閉路反蝕
9、系統(tǒng)，并且有 3D 高度探測系統(tǒng)以每秒 12-14 個焊盤的速度精確測量焊膏高度，可印刷的 PCB 為 0.381-12.7mm 最小間距 0.3mm。適合于生產規(guī)模較大，產品要求較高的用戶。對于批量較小，品種較多的用戶來說，選擇半自動/手動印刷機靈活性好，價格比較經濟，操作過程簡單。4、印刷工藝參數的設定4、1 刮刀的類型不同廠家使用的刮刀類型不同，同時焊膏的差異也會要求使用不同的刮刀。刮刀的類型有三種。4、2 刮刀的調整a）刮刀運行角度一般為 60-65o 時焊膏印刷的品質最佳。焊膏的傳統(tǒng)印刷方法是刮刀沿模板的 X 或 Y 方向以 90o 角運行，這往往導致于器件在開口不同走向上焊訓量的不
10、同。我們經多次印刷試驗證明，刮刀以 45o 的方向進行印刷可明顯改善焊膏不同模板開口走向上的失衡現象，同時還可以減少對細間距的模板開口的損壞。b）刮刀壓力并非只取決于氣壓缸行程要調整到最佳刮刀壓力，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下會在模板上向前滾動。印刷速度快有利于模板的回彈，但同時會阻礙焊膏向 PCB 的焊盤上傳遞，而速度過慢，焊膏在模板上將不會滾動，引起焊盤上所印的焊膏分辨率不良，通常對于細間距的印刷速度范圍為25-30mm/s，對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)點是適合不同粘度焊膏。焊膏是被刮刀推入模板開孔與 PCB 焊盤接觸，在刮刀慢慢移開之后，模板即會與 PCB 自動分離，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 之間沒有間隙的印刷方式稱之為接觸式印刷。它要求整體結構的穩(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，因而該方式達到的印刷精度，尤適用于細間距、超細間距的焊膏印刷。隨著鋼板的廣泛應用，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 的評定理想的印刷效果為下圖所示狀態(tài)。因素印刷結果 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
錫膏質量的控制
