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如何作好焊膏的印刷 |
| 作者： 發表時間：2015-06-11 瀏覽次數：1097 次 |
隨著元件封裝的飛速發展，越來越多的 PBGA 、 CBGA 、 CCGA 、 QFN 、 0201 、 01005 阻容元件等得到廣泛運用，表面貼裝技術亦隨之快速發展，在其生產過程中，焊膏印刷對于整個生產過程的影響和作用越來越受到工程師們的重視。在行業中企業也都廣泛認同要獲得的好的焊接，質量上長期可靠的產品，首先要重視的就是焊膏的印刷。生產中不但要掌握和運用焊膏印刷技術，并且要求能分析其中產生問題的原因，并將改進措施運用回生產實踐中。
1 焊膏的因素
焊膏比單純的錫鉛合金復雜得多，主要成分如下：焊料合金顆粒、助焊劑、流變性調節劑、粘度控制劑、溶劑等。確實掌握相關因素，選擇不同類型的焊膏；同時還要選擇產品制程工藝完善、質量穩定的大廠。通常選擇焊膏時要注意以下因素：
2 模板的因素
2.1 網板的材料及刻制
通常用化學腐蝕和激光切割兩種方法 , 對于高精度的網板 , 應選用激光切割制作方式 , 因為激光切割的孔壁直 , 粗糙度小 ( 小于 3μｍ ) 且有一個錐度。有人已經通過實驗證實針對鹽粒大小的 01005 器件，焊膏印刷有更高的精度要求，激光切割已經不能滿足，需要采用特殊電鑄，也叫電鍍。
2.2 網板的各部分與焊膏印刷的關系
�。� 1 ）開孔的外形尺寸
網板上開孔的形狀與印刷板上焊盤的形狀幾何尺寸對焊膏的精密印刷是非常重要的。在貼片的時候，高端的貼片機能精確控制貼裝壓力，目的也包括盡量不去擠壓、破壞焊膏圖案，以免在回流出現橋連、濺錫。網板上的開孔主要由印刷板上相對應的焊盤尺寸決定。一般為網板上開孔的尺寸應比相對應焊盤小 10% 。實際上不少企業在網板制作上采取的是開孔和焊盤比例 1 ： 1 ，小批量、多品種的生產還存在大量的手工焊接，筆者實驗焊接過不少 QFN 器件，用的是手工點焊膏的方法，并且嚴格控制了每個點的焊膏量，但無論怎么調節回流溫度，用 X-RAY 檢測，器件底部都存在或多或少的錫珠。根據實際情況不具備制作網板的條件，最后用器件植球的方法才達到了較好的焊接效果，但這也是滿足了特殊條件，并只能在很小批量生產時才能使用。 SMT印刷技術-如何做好錫膏的印刷(2)
�。� 2 ）網板的厚度
網板的厚度與開孔的尺寸對焊膏的印刷以及后面的再流焊有著很大的關系 , 具體為厚度越薄開孔越大 , 越有利于焊膏釋放。經證明 , 良好的印刷質量必須要求開孔尺寸與網板厚度比值大于 1.5 。否則焊膏印刷不完全。一般情況下 , 對 ,0.3 ～ 0.4 ｍｍ的引線間距 , 用厚度為 0.12 ～ 0.15 ｍｍ網板 ,0.3 以下的間距 , 用厚度為 0.1 ｍｍ網板。
3 ）網板開孔方向與尺寸
焊膏在焊盤長度方向上的釋放與印刷方向一致時 , 比兩者方向垂直時的印刷效果好。具體的網板設計工藝可依據表 2 來實施。
3 焊膏印刷過程的工藝控制
焊膏印刷是一個工藝性很強的過程 , 其涉及到的工藝參數非常多 , 每個參數調整不當都會對貼裝產品質量造成非常大的影響。
1.1 焊膏的黏度 (Viscosity)
焊膏的黏度是影響印刷性能的最重要因素，黏度太大，焊膏不易穿過模板的開孔，印出的線條殘缺不全，黏度太低，容易流淌和塌邊，影響?∷⒌姆直媼拖嚀醯鈉秸浴?
焊膏黏度可以用精確黏度儀進行測量，實際工作中企業如果采購的是進口?父啵絞鄙笨梢圓捎眉虻サ姆椒ㄎざ茸鞫ㄐ耘卸希河霉蔚短羝鷙父啵詞欠袷鍬鴝溫湎攏锏金ざ仁手�。捅ｎU且踩銜購父嗝看問褂枚加瀉芎玫釀ざ忍匭裕枰齙揭韻錄傅悖?
�。� 1 ）從 0 ℃ 回復到室溫的過程，密封和時間一定要保證 ;
�。� 2 ）攪拌最好使用專用的攪拌器；
�。� 3 ）生產量小，焊膏存在反復使用的情況，需要制定嚴格的規范，規范外的焊膏一定要嚴格停止使用。
1.2 焊膏的粘性 (Tackiness)
焊膏的粘性不夠 , 印刷時焊膏在模板上不會滾動 , 其直接后果是焊膏不能全部填滿模板開孔 , 造成焊膏沉積量不足。焊膏的粘性太大則會使焊膏掛在模板孔壁上而不能全部漏印在焊盤上。
焊膏的粘性選擇一般要求其自粘能力大于它與模板的粘接能力 , 而它與模板孔壁的粘接力又小于其與焊盤的粘接力。
1.3 焊膏顆粒的均勻性與大小
膏焊料的顆粒形狀、直徑大小及其均勻性也影響其印刷性能 , 最近行業中由 01005 器件印發的對 3# 、 4# 、 5# 焊膏的印刷特性研究真是不少，筆者覺得某一類焊膏的焊料顆粒，型號范圍內最大顆粒的直徑約為或者略小于模板開口尺寸的 1/5, 再選用適當厚度和工藝打孔的網板就能達到理想的印刷效果。通常細小顆粒的焊膏會有更好的焊膏印條清晰度 , 但卻容易產生塌邊 , 被氧化程度和機會也高。一般是以引腳間距作為其中一個重要選擇因素 , 同時兼顧性能和價格。具體的引腳間距與焊料顆粒的關系如表 1 所示。
現在很多單位都在對 01005 元件的焊盤設計規范作考慮，但首要就是結合對應設計的網板開口和選用的焊膏顆粒對印刷質量的影響作評估。
1.4 焊膏的金屬含量
焊膏中金屬的含量決定著焊接后焊料的厚度。隨著金屬所占百分比含量的增加 , 焊料厚度也增加。但在給定黏度下 , 隨金屬含量的增加 , 焊料的橋連傾向也相應增大。
回流焊后要求器件管腳焊接牢固 , 焊量飽滿、光滑并在器件 ( 阻容器件 ) 端頭高度方向上有 1/3 ～ 2/3 高度的爬升。為了滿足對焊點的焊錫膏量的要求 , 通常選用 85% ～ 92% 金屬含量的焊膏 , 焊膏制作廠商一般將金屬含量控制在 89% 或 90%, 使用效果更好。
3.1 絲印機印刷參數的設定調整
�。� 1 ）刮刀壓力
刮刀壓力的改變 , 對印刷來說影響重大。太小的壓力 , 會使焊膏不能有效地到達模板開孔的底部且不能很好地沉積在焊盤上 ; 太大的壓力 , 則導致焊膏印得太薄 , 甚至會損壞模板。理想狀態為正好把焊膏從模板表面刮干凈。另外刮刀的硬度也會影響焊膏的厚薄。太軟的刮刀會使焊膏凹陷 , 所以建議采用較硬的刮刀或金屬刮刀。
�。� 2 ）印刷厚度
印刷厚度是由模板的厚度所決定的 , 當然機器的設定和焊膏的特性也有一定的關系。印刷厚度的微量調整 , 經常是通過調節刮刀速度及刮刀壓力來實現。適當降低刮刀的印刷速度 , 能夠增加印刷至印制板的焊膏量。有一點很明顯 : 降低刮刀的速度等于提高刮刀的壓力 ; 相反 , 提高了刮刀的速度等于降低了刮刀的壓力。
�。� 3 ）印刷速度
刮刀速度快有利于模板的回彈 , 但同時會阻礙焊膏向印制板焊盤上傳遞 , 而速度過慢會引起焊盤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關系 , 刮刀速度越慢 , 焊膏的黏稠度越大 ; 同樣 , 刮刀速度越快 , 焊膏的黏稠度越小。通常對于細間距印刷速度范圍為 12 ～ 40 ｍｍ / ｓ。
�。� 4 ）印刷方式
模板的印刷方式可分為接觸式 ( ｏｎ - ｃｏｎｔａｃｔ ) 和非接觸式 ( ｏｆｆ - ｃｏｎｔａｃｔ ) 。模板與印制板之間存在間隙的印刷稱為非接觸式印刷。在機器設置時 , 這個距離是可調整的 , 一般間隙為 0 ～ 1.27 ｍｍ ; 而模板印刷沒有印刷間隙 ( 即零間隙 ) 的印刷方式稱為接觸式印刷。接觸式印刷的模板垂直抬起可使印刷質量所受影響最小 , 它尤適用細間距的焊膏印刷。
�。� 5 ）刮刀的參數
刮刀的參數包括刮刀的材料、厚度和寬度、刮刀相對于到刀架的彈力以及刮刀對于模板的角度等 , 這些參數均不同程度地影響著焊膏的分配。其中刮刀相對于模板的角度θ為 60°～ 65°時 , 焊膏印刷的品質最佳。
在印刷的同時要考慮到開口尺寸和刮刀走向的關系。焊膏的傳統印刷方法是刮刀沿著模板的ｘ或ｙ方向以 90 ｏ角運行 , 這往往導致了器件在開孔不同走向 ) 上焊膏量不同 , 經實驗認證 , 當開孔長方向與刮刀方向平行時刮出的焊膏厚度比兩者垂直時刮出的焊膏厚度多了約 60% 。刮刀以 45° 的方向進行印刷 , 可明顯改善焊膏在不同模板開孔走向上的失衡現象 , 同時還可以減少刮刀對細間距的模板開孔的損壞。
�。� 6 ）脫模速度
印制板與模板的脫離速度也會對印刷效果產生較大影響。時間過長 , 易在模板底部殘留焊膏 , 時間過短 , 不利于焊膏的直立 , 影響其清晰度。
其實每個絲網印刷設備的制造公司，在型號研制的時候都會做大量的印刷實驗，設計細節上也都有個各自的特色。當需要購買絲網印刷設備的時候，應該向廠家做詳細的咨詢，多做比較，把廠家針對上述幾個參數的實驗和論證過程仔細研究。
�。� 7 ）模板清洗
在焊膏印刷過程中一般每隔 10 塊板需對模板底部清洗一次 , 以消除其底部的附著物 , 通常采用無水酒精作為清洗液。
3.2 焊膏使用時的工藝控制
�。� 1 ）嚴格在有效期內使用焊膏 , 平日焊膏保存在冰箱中 , 使用前要求置于室溫 6 ｈ以上 , 之后方可開蓋使用 , 用后的焊膏單獨存放 , 再用時要確定品質是否合格 ;
�。� 2 ）生產前操作者使用專用設備攪拌焊膏使其均勻 , 最好定時用黏度測試儀或定性對焊膏黏度進行抽測 ;
�。� 3 ）當日當班印刷首塊印刷板或設備調整后 , 要利用焊膏厚度測試儀對焊膏印刷厚度進行測定 , 測試點選在印制板測試面的上下、左右及中間等 5 點 , 記錄數值 , 要求焊膏厚度范圍在模板厚度的 -10% ～ +15%;
�。� 4 ）生產過程中 , 對焊膏印刷質量進行 100% 檢驗 , 主要內容為焊膏圖形是否完整、厚度是否均勻、是否有焊膏拉尖現象 ;
�。� 5 ）當班工作完成后按工藝要求清洗模板 ;
�。� 6 ）在印刷實驗或印刷失敗后 , 印制板上的焊膏要求用超聲波清洗設備進行徹底清洗并晾干 , 以防止再次使用時由于板上殘留焊膏引起的回流焊后出現焊球。
3.3 常見印刷缺陷及解決辦法
焊膏印刷是一項十分復雜的工藝 , 既受材料的影響 , 同時又跟設備和參數有直接關系 , 通過對印刷過程中各個細小環節的控制 , 可以說是細節決定成敗，為防止在印刷中經常出現的缺陷 , 下面簡要介紹焊膏印刷時產生的幾種最常見的缺陷及相應的防止或解決辦法。
3.3.1 印刷不完全
印刷不完全是指焊盤上部分地方沒印上焊膏。產生原因可能是 :
�。� 1 ）開孔阻塞或部分焊膏黏在模板底部；
�。� 2 ）焊膏黏度太��；
�。� 3 ）焊膏中有較大尺寸的金屬粉末顆粒；
�。� 4 ）刮刀磨損。
防止解決辦法 : 清洗開孔和模板底部 , 選擇黏度合適的焊膏 , 并使焊膏印刷能有效地覆蓋整個印刷區域 ; 選擇金屬粉末顆粒尺寸與開孔尺寸相對應的焊膏 ; 檢查更換刮刀。
3.3.2 拉尖
拉尖是印刷后焊盤上的焊膏呈小山?遄? , 產生的原因可能是刮刀間隙或焊膏黏度太大。防止或解決辦法 : 適當調小刮刀間隙或選擇合適黏度的焊膏。
3.3.3 塌陷
印刷后 , 焊膏往焊盤兩邊塌陷。產生原因 :
�。� 1 ）刮刀壓力太大；
�。� 2 ）印制板定位不牢；
�。� 3 ）焊膏黏度或金屬含量太低。
防止或解決辦法 : 調整壓力 ; 重新固定印制板 ; 選擇合適黏度的焊膏。
3.3.4 焊膏太薄
產生的原因 :
�。� 1 ）模板太��；
�。� 2 ）刮刀壓力太大；
�。� 3 ）焊膏流動, 性差。
防止或解決辦法 : 選擇合適厚度的模板 ; 選擇顆粒度和黏度合適的焊膏 ; 降低刮刀壓力。
3.3.5 厚度不一致
印刷后 , 焊盤上焊膏厚度不一致 , 產生原因 :
�。� 1 ）模板與印制板不平行；
�。� 2 ）焊膏攪拌不均勻 , 使得粒度不一致。
防止或解決辦法 : 調整模板與印制板的相對位置 ; 印前充分攪拌焊膏。
3.3.6 邊緣和表面有毛刺
產生的原因可能是焊膏黏度偏低 , 模板開孔孔壁粗糙。
防止或解決辦法 : 選擇黏度略高的焊膏 ; 印刷前檢查模板開孔的蝕刻質量。
4 結束語
為保證表面貼裝產品質量 , 必須對生產各個環節中的關鍵因素進行分析研究 , 制定出有效的控制方法。作為關鍵工序的焊膏印刷更是重中之重 , 只有制定出合適的參數 , 并掌握它們之間的規律 , 才能得到優質的焊膏印刷質量。 |
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