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SMT印刷技术-如何做好锡膏的印刷


摘要:焊膏印刷是 SMT 生产中的关键工序,影响 PCB 组装板的焊接质量。 本文介绍焊膏印刷工艺中影响印刷质量的诸多因素, 对其形成原因和机理作出分 析,并针对这些要素提供了解决方案。 随着元件封装的飞速发展,越来越多的 PBGA 、 CBGA 、 CCGA 、 QFN 、 0201 、 01005 阻容元件等得到广泛运用,表面贴装技术亦随之快 速发展,在其生产过程中,焊膏印刷对于整个生产过程的影响和作用越来越受到 工程师们的重视。在行业中企业也都广泛认同要获得的好的焊接,质量上长期可 靠的产品,首先要重视的就是焊膏的印刷。生产中不但要掌握和运用焊膏印刷技 术,并且要求能分析其中产生问题的原因,并将改进措施运用回生产实践中。 1 焊膏的因素 焊膏比单纯的锡铅合金复杂得多,主要成分如下:焊料合金颗粒、助焊剂、 流变性调节剂、 粘度控制剂、 溶剂等。 确实掌握相关因素, 选择不同类型的焊膏; 同时还要选择产品制程工艺完善、质量稳定的大厂。通常选择焊膏时要注意以下 因素: 1.1 焊膏的黏度 (Viscosity) 焊膏的黏度是影响印刷性能的最重要因素,黏度太大,焊膏不易穿过模板的 开孔,印出的线条残缺不全,黏度太低,容易流淌和塌边。 ( 1 )从 0 ℃ 回复到室温的过程,密封和时间一定要保证 ; ( 2 )搅拌最好使用专用的搅拌器; ( 3 )生产量小,焊膏存在反复使用的情况,需要制定严格的规范,规范 外的焊膏一定要严格停止使用。 1.2 焊膏的粘性 (Tackiness) 焊膏的粘性不够 , 印刷时焊膏在模板上不会滚动 , 其直接后果是焊膏不能 全部填满模板开孔 , 造成焊膏沉积量不足。焊膏的粘性太大则会使焊膏挂在模 板孔壁上而不能全部漏印在焊盘上。 焊膏的粘性选择一般要求其自粘能力大于它与模板的粘接能力 , 而它与模 板孔壁的粘接力又小于其与焊盘的粘接力。 1.3 焊膏颗粒的均匀性与大小 膏焊料的颗粒形状、直径大小及其均匀性也影响其印刷性能 , 最近行业中 由 01005 器件印发的对 3# 、 4# 、 5# 焊膏的印刷特性研究真是不少, 笔者觉得某一类焊膏的焊料颗粒, 型号范围内最大颗粒的直径约为或者略小于模 板开口尺寸的 1/5, 再选用适当厚度和工艺打孔的网板就能达到理想的印刷效 果。通常细小颗粒的焊膏会有更好的焊膏印条清晰度 , 但却容易产生塌边 , 被 氧化程度和机会也高。一般是以引脚间距作为其中一个重要选择因素 , 同时兼

顾性能和价格。具体的引脚间距与焊料颗粒的关系如表 1 所示。 现在很多单位都在对 01005 元件的焊盘设计规范作考虑,但首要就是结合对 应设计的网板开口和选用的焊膏颗粒对印刷质量的影响作评估。

1.4 焊膏的金属含量 焊膏中金属的含量决定着焊接后焊料的厚度。 随着金属所占百分比含量的增 加 , 焊料厚度也增加。 但在给定黏度下 , 随金属含量的增加 , 焊料的桥连倾向 也相应增大。 回流焊后要求器件管脚焊接牢固 , 焊量饱满、光滑并在器件 ( 阻容器件 ) 端 头高度方向上有 1/3 ~ 2/3 高度的爬升。 为了满足对焊点的焊锡膏量的要求 , 通常选用 85% ~ 92% 金属含量的焊膏 , 焊膏制作厂商一般将金属含量控 制在 89% 或 90%, 使用效果更好。 2 模板的因素 2.1 网板的材料及刻制 通常用化学腐蚀和激光切割两种方法 , 对于高精度的网板 , 应选用激光切 割制作方式 , 因为激光切割的孔壁直 , 粗糙度小 ( 小于 3 m ) 且有一个 锥度。有人已经通过实验证实针对盐粒大小的 01005 器件,焊膏印刷有更高 的精度要求,激光切割已经不能满足,需要采用特殊电铸,也叫电镀。 2.2 网板的各部分与焊膏印刷的关系 ( 1 )开孔的外形尺寸 网板上开孔的形状与印刷板上焊盘的形状几何尺寸对焊膏的精密印刷是非 常重要的。在贴片的时候,高端的贴片机能精确控制贴装压力,目的也包括尽量 不去挤压、破坏焊膏图案,以免在回流出现桥连、溅锡。网板上的开孔主要由印 刷板上相对应的焊盘尺寸决定。一般为网板上开孔的尺寸应比相对应焊盘小 10% 。实际上不少企业在网板制作上采取的是开孔和焊盘比例 1 : 1 ,小 批量、多品种的生产还存在大量的手工焊接,笔者实验焊接过不少 QFN 器件, 用的是手工点焊膏的方法,并且严格控制了每个点的焊膏量,但无论怎么调节回 流温度,用 X-RAY 检测,器件底部都存在或多或少的锡珠。根据实际情况不 具备制作网板的条件,最后用器件植球的方法才达到了较好的焊接效果,但这也 是满足了特殊条件,并只能在很小批量生产时才能使用。( 2 )网板的厚度

网板的厚度与开孔的尺寸对焊膏的印刷以及后面的再流焊有着很大的关系 , 具体为厚度越薄开孔越大 , 越有利于焊膏释放。经证明 , 良好的印刷质量必须 要求开孔尺寸与网板厚度比值大于 1.5 。否则焊膏印刷不完全。一般情况下 , 对 ,0.3 ~ 0.4 mm的引线间距 , 用厚度为 0.12 ~ 0.15 mm网板 ,0.3 以下的间距 , 用厚度为 0.1 mm网板。 3 )网板开孔方向与尺寸 焊膏在焊盘长度方向上的释放与印刷方向一致时 , 比两者方向垂直时的印 刷效果好。具体的网板设计工艺可依据表 2 来实施。 3 焊膏印刷过程的工艺控制 焊膏印刷是一个工艺性很强的过程 , 其涉及到的工艺参数非常多 , 每个参 数调整不当都会对贴装产品质量造成非常大的影响。 3.1 丝印机印刷参数的设定调整 ( 1 )刮刀压力 刮刀压力的改变 , 对印刷来说影响重大。太小的压力 , 会使焊膏不能有效 地到达模板开孔的底部且不能很好地沉积在焊盘上 ; 太大的压力 , 则导致焊 膏印得太薄 , 甚至会损坏模板。理想状态为正好把焊膏从模板表面刮干净。另 外刮刀的硬度也会影响焊膏的厚薄。太软的刮刀会使焊膏凹陷 , 所以建议采用 较硬的刮刀或金属刮刀。

( 2 )印刷厚度 印刷厚度是由模板的厚度所决定的 , 当然机器的设定和焊膏的特性也有一 定的关系。 印刷厚度的微量调整 , 经常是通过调节刮刀速度及刮刀压力来实现。 适当降低刮刀的印刷速度 , 能够增加印刷至印制板的焊膏量。有一点很明显 : 降低刮刀的速度等于提高刮刀的压力 ; 相反 , 提高了刮刀的速度等于降低了 刮刀的压力。 ( 3 )印刷速度 刮刀速度快有利于模板的回弹 , 但同时会阻碍焊膏向印制板焊盘上传递 , 而速度过慢会引起焊盘上所印焊膏的分辨力不良。 另一方面刮刀的速度和焊膏的

黏稠度有很大的关系 , 刮刀速度越慢 , 焊膏的黏稠度越大 ; 同样 , 刮刀速度 越快 , 焊膏的黏稠度越小。 通常对于细间距印刷速度范围为 12 ~ 40 mm / s。



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