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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。通過對焊膏的特性、模板設(shè)計制造、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 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(shè)計和選用、焊膏的選擇以及由實踐經(jīng)驗所設(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(chǎn)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(diào)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(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 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)性使其印刷時對焊盤的粘附力大于模板開口側(cè)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(nèi)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(zhì)揮發(fā)而增加氧化程度，影響焊料的潤濕性。焊膏應(yīng)在 5-10保存，在 22-25時使用。根據(jù)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(jù) 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(jù)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(yīng)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(chǎn)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?？煞譃槿N主要類型：絲網(wǎng)模板、全金屬模板和柔性金屬模板。絲網(wǎng)模板制作簡單，適合于小批量的產(chǎn)品，缺點是孔眼通過絲網(wǎng)不容易看到焊盤，定位困難，而通過絲網(wǎng)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(guān)，過厚，會導(dǎo)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(cè)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(jīng)激光束切割后獲得的模板開口可以自然形成錐形內(nèi)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(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(chǎn)，目前國內(nèi)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(shù)控制。目前，印刷機發(fā)展迅速，大多數(shù)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(diào)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(shù)，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(chǎn)規(guī)模較大，產(chǎn)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(jīng)濟，操作過程簡單。4、印刷工藝參數(shù)的設(shè)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(diào)整a）刮刀運行角度一般為 60-65o 時焊膏印刷的品質(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 角運行，這往往導(dǎo)致于器件在開口不同走向上焊訓(xùn)量的不
10、同。我們經(jīng)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(xiàn)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(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(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(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
錫膏質(zhì)量的控制
