錫膏印刷工藝流程分析

1、錫膏印刷工藝介紹魏松May-10-11 簡 介 錫 膏 印刷鋼網(wǎng)模板 SMT印刷機 SMT印刷工藝參數(shù) 影響錫膏印刷質量的主要因素 目目 錄錄 表面貼裝技術(SMT)主要包括:錫膏印刷,精確貼片, 回流焊接. 其中錫膏印刷質量對表面貼裝產(chǎn)品的質量影響很大,據(jù)業(yè)內(nèi)評測分析約有60%的返修板子是因錫膏印刷不良引起的,在錫膏印刷中,有三個重要部分,焊膏、鋼網(wǎng)模板、和印刷設備，如能正確選擇,可以獲得良好的印刷效果. 簡 介元件貼裝回流爐外觀檢查錫膏印刷錫膏元件錫膏的應用涂布工藝，可分為兩種方式：一種是使用鋼網(wǎng)作為印刷版把錫膏印刷到PCB上，適合大批量生產(chǎn)應用，是目前最常用的涂布方式；另一種是注射涂布，

2、即錫膏噴印技術，與鋼網(wǎng)印刷技術最明顯的不同就是噴印技術是一種無鋼網(wǎng)技術，獨特的噴射器在PCB上方以極高的速度噴射錫膏，類似于噴墨打印機。 簡 介 錫 膏錫膏是將焊料粉末與具有助焊功能的糊狀助焊劑（松香、稀釋劑、穩(wěn)定劑等）混合而成的一種漿料。就重量而言，8090%是金屬合金就體積而言，50%金屬 / 50%焊劑1.SMT錫膏的成份： 以往，焊料的金屬粉末主要是錫鉛（Sn/Pb）合金粉末，伴隨著無鉛化及ROHS綠色生產(chǎn)的推進，有鉛錫膏已漸漸淡出了SMT制程，對環(huán)境及人體無害的ROHS對應的無鉛錫膏已經(jīng)被業(yè)界所接受。 目前，ROHS無鉛焊料粉末成份，是由多種金屬粉末組成，目前的幾種無鉛焊料配比共晶有

3、，錫Sn-銀Ag-銅Cu、錫Sn-銀Ag-銅Cu-鉍Bi、錫Sn-鋅Zn，其中錫Sn-銀Ag-銅Cu配比的使用最為廣泛。錫Sn-銀Ag-銅Cu：具有良好的耐熱疲勞性和蠕變性，熔化溫度區(qū)域狹窄；不足的是冷卻速度較慢，焊錫表面易出現(xiàn)不平整的現(xiàn)象。錫Sn-銀Ag-銅Cu-鉍Bi：熔點較Sn-Ag-Cu合金低，潤濕性較Sn-Ag-Cu合金良好，拉伸強度大；缺點熔化溫度區(qū)域大。錫Sn-鋅Zn：低熔點，較接近有鉛錫膏的熔點溫度，成本低；缺點是潤濕性差，容易被氧化且因時間加長而發(fā)生劣化。 錫 膏1.SMT錫膏的成份：金屬合金 錫 膏1.SMT錫膏的成份：助焊劑助焊劑的主要作用：助焊劑的主要作用： 1.使金屬

4、顆粒成為膏狀，以適應印刷工藝； 2.控制錫膏的流動性； 3.清除焊接面和錫膏的氧化物，提高焊接性能； 4.減緩錫膏在室溫下的化學反應； 5.提供穩(wěn)固的SMT貼片時所需要的粘著力； 錫 膏2.SMT錫膏的物理特性粘性： 錫膏具有粘性，常用的粘度符號為： ；單位為：kcp.skcp.s 錫膏在印刷時，受到刮刀的推力作用，其粘度下降，當?shù)竭_網(wǎng)板開口孔時，粘度達到最低，故能順利通過網(wǎng)板孔沉降到PCB的焊盤上，隨著外力的停止，錫膏的粘度又迅速的回升，這樣就不會出現(xiàn)印刷成型的塌落和漫流，得到良好的印刷效果。產(chǎn)生將錫膏注入網(wǎng)孔的壓力粘度是錫膏的一個重要特性，從動態(tài)方面，在印刷行程中，其粘性越低對流動性越好，

5、易于流入鋼網(wǎng)孔內(nèi)；從靜態(tài)方面考慮，印刷后，錫膏停留在鋼網(wǎng)孔內(nèi)，其粘度高，則保持其填充的形狀，而不會往下塌陷。刮刀的推力錫膏受到刮刀的推動力，粘度在不斷減小此時，錫膏受力最小，粘度恢復變大，錫膏脫模 錫 膏3.影響錫膏粘度的因素：*錫膏合金粉末含量對粘度的影響，錫膏中合金粉末的增加引起粘度的增加。*錫膏合金粉末顆粒大小對粘度的影響，顆粒度增大時粘度會降低。*溫度對錫膏粘度的影響，溫度升高粘度下降，印刷的最佳環(huán)境溫度為23 3 。*剪切速率對錫膏粘度的影響，剪切速率增加粘度下降。粘度粘度粘度粉含量顆粒度溫度粘度速率 錫 膏4.錫膏粉末的顆粒度：根據(jù)PCB的組裝密度（有無窄間距）來選擇錫膏合金粉末的

6、顆粒度，常用的合金粉末顆粒的尺寸分為四種顆粒度等級。合金粉末類型80以上合金粉末顆粒尺寸（um）大顆粒要求微粉末顆粒要求175-150150um的顆粒應少于120um微粉顆粒應少于10245-7575um的顆粒應少于1325-4545um的顆粒應少于1420-3838um的顆粒應少于1SMT元件引腳間距和焊料顆粒的關系引腳間距（mm）0.8以上0.650.50.4顆粒直徑（um）75以下60以下50以下40以下 錫 膏5.錫膏的合金粉末顆粒尺寸對印刷的影響錫膏的合金粉末顆粒尺寸直接影響錫膏的填充和脫模細小顆粒的錫膏印刷性比較好，特別對高密度、窄間距的產(chǎn)品，由于鋼網(wǎng)開口尺寸小，必須采用小顆粒合金

7、粉末，否則會影響印刷脫模。小顆粒合金粉末的優(yōu)點：印刷性好，印刷圖形的清晰度高。小顆粒合金粉末的缺點：易塌邊、表面積大，易被氧化。 錫 膏5.錫膏的有效期限及保存及使用環(huán)境一般錫膏在密封狀態(tài)下，010條件下可以保存6個月，開封后要盡快使用完；錫膏的使用環(huán)境是要求SMT車間的溫度為：2226，濕度為：4060未開罐冷藏保存時間未開罐冷藏保存時間制造日期后4個月未開罐環(huán)境溫濕度下保存時間未開罐環(huán)境溫濕度下保存時間48小時回溫時間回溫時間使用前應回溫6小時以上（根據(jù)各錫膏廠商的規(guī)定）攪拌時間攪拌時間回溫OK的錫膏在開罐首次使用前須攪拌機攪拌5分鐘開罐后一次未全部用完旋緊罐蓋開罐后一次未全部用完旋緊罐蓋

8、在環(huán)境溫濕度下的放置時間在環(huán)境溫濕度下的放置時間18小時在絲網(wǎng)上的使用時間在絲網(wǎng)上的使用時間12小時印刷后錫膏在線上停留時間印刷后錫膏在線上停留時間2小時開罐后至回流前的時間開罐后至回流前的時間18小時回溫時間回溫時間+ +開罐后至回流前的時間開罐后至回流前的時間48小時HERAEUS F360 Sn63 -90 M 3 顆 粒 尺 寸粘 度 范 圍D = 200-400 KcpsL = 400-600 KcpsM = 600-800 KcpsH = 800-1000 Kcps金 屬 百 分 比Standard =90%錫膏產(chǎn)家名助 焊 劑 系 列 合 金 代 號Sn62(179oC)= Sn

9、62/Pb36/Ag2Sn62(183oC)= Sn63/Pb37Sn60(183-190oC)= Sn60/Pb40Sn10(268-300oC)= Sn10/Pb90Ag35(221oC)= Sn96.5/Pb3.5Ag5(220-240oC)= Sn95/Ag5Pb88(268-300oC)= Sn10/Pb88/Ag2 錫 膏錫膏規(guī)格代碼介紹 錫 膏5.錫膏造成的缺陷： 未浸潤 * 助焊劑活性不強* 金屬顆粒被氧化的很歷害 印刷中沒有滾動* 流變不合適性，例 如: 粘度 、觸變性指數(shù) * 黏性不合適 橋接* 焊膏塌陷 焊錫不足由于微粒尺寸大，不正確的形狀，或不可印刷性，焊膏堵塞模板孔

10、錫球* 焊膏塌陷* 在回流焊中溶劑濺出* 金屬顆粒氧化1.鋼網(wǎng)的概述及特點： 印刷鋼網(wǎng)模板 鋼網(wǎng)的主要功能是將錫膏準確的涂敷在PCB上所需要涂錫膏的焊盤上。 鋼網(wǎng)在印刷工藝中必不可少，它的好壞直接影響印刷工作的質量。 目前鋼網(wǎng)主要有三種制作方法：化學腐蝕、激光切割、電鑄成型化學腐蝕：通常用于0.65mm以上間距比其他鋼網(wǎng)費用低激光切割:費用較高而且內(nèi)壁粗糙可以用電解拋光法得到光滑內(nèi)壁梯形開孔有利于脫模 可以用Gerber文件加工誤差更小，精度更高電鑄成型:在厚度方面沒有限制在硬度和強度方面更勝于不銹鋼更好的耐磨性孔壁光滑且可以收縮最好的脫模特性 95%.成本造價昂貴、工藝復雜、技術含量高化學腐

11、蝕鋼網(wǎng)孔激光切割后的孔壁 電鑄開孔 印刷鋼網(wǎng)模板2.鋼網(wǎng)設計： 印刷鋼網(wǎng)模板3.新鋼網(wǎng)的檢驗項目： 印刷鋼網(wǎng)模板*鋼網(wǎng)的張力：使用張力計測量鋼網(wǎng)四個角和中心五個位置，張力應大于30N/CM*鋼網(wǎng)的外觀檢查：框架、模板、孔壁（檢查是否有毛刺）、MARK等項目。*鋼網(wǎng)的實際印刷效果檢查。 鋼網(wǎng)厚度與鋼網(wǎng)開口尺寸決定了錫膏的印刷量，錫膏量過多會產(chǎn)生橋接，錫膏量過少會產(chǎn)生焊錫不足或虛焊。鋼網(wǎng)開口形狀以及鋼網(wǎng)孔壁是否光滑也會影響錫膏的脫模質量。4.鋼網(wǎng)對錫膏印刷的影響垂直開口易脫模梯形開口，喇叭口向下易脫模梯形開口，喇叭口向上脫模差 SMT印刷機印刷機是將錫膏印刷到PCB板上的設備，它是對工藝和質量影響

12、最大的設備。目前，印刷機主要分半自動印刷機和全自動印刷機。半自動印刷機：操作簡單，印刷速度快，結構簡單，缺點是印刷工藝參數(shù)可控點較少，印刷對中精度不高，錫膏脫模差，一般適用于0603（英制）以上元件、引腳間距大于1.27mm 的PCB印刷工藝。全自動印刷機：印刷對中精度高，錫膏脫模效果好，印刷工藝較穩(wěn)定，適用密間距元件的印刷，缺點是維護成本高，對作業(yè)員的知識水平要求較高。手動印刷機半自動印刷機全自動印刷機 SMT印刷機1.基板處理機能： 基板處理機能包括PCB基板的傳輸運送、定位、支撐。 *傳輸運送是指PCB的搬入、搬出以及PCB固定前的來回小幅移動。 * 基板的定位分為孔定位、邊定位兩種，還

13、有光學定位進行補正確保位置的準確。 *基板的支撐是使被印刷的PCB保持一個平整的平面，使PCB基板在印刷過程中不 發(fā)生變形扭曲。所用方式有 支撐PIN、支撐塊、支撐板3種。支撐PIN靈活性較強、 局限性較小，目前較常用；支撐塊、支撐板局限較多，一般用在單面制程。10mm10mmSP18頂PIN設置極限MPM頂PIN設置極限 SMT印刷機2.基板和鋼網(wǎng)的對中： 基板和鋼網(wǎng)的對中包括機械定中心和光學中心，光學定中心是機械定中心的補正，大大提高了印刷精度。3.對刮刀的控制機能： 印刷機對刮刀的控制機能包括壓力、摧行速度、下壓深度、摧行距離、刮刀角度、刮刀提升等。4.對鋼網(wǎng)的控制機能： 印刷機對鋼網(wǎng)的

14、控制包括鋼網(wǎng)平整度調(diào)整、鋼網(wǎng)和基板的間距控制、分離方式的控制、對鋼網(wǎng)的自動清洗設定。MPM：機臺尺寸： L*W*H=1168.4*1606.3*1636.7mm可生產(chǎn)PCB尺寸：MIN 50.8*50.8 MAX 508*406mm理論單板印刷循環(huán)時間：11S+印刷行程時間工作模式：使用金屬刮刀、鋼網(wǎng)，PCB通過 真空吸著固定。MPM UP2000 SMT印刷機 SMT印刷機SP18SP18：機器尺寸 L*W*H=1100*1536*1430mm可生產(chǎn)PCB尺寸：MIN 50*50mm MAX 510*460mm可生產(chǎn)PCB厚度：0.34mm理論印刷循環(huán)時間：8S+印刷過程時間工作模式：采用金

15、屬刮刀、鋼網(wǎng)印刷。有等速、多階段、高速多重三種脫模方式。PCB通過軌道邊夾緊固定。 SMT印刷工藝參數(shù)1.圖形對準： 通過印刷機相機對工作臺上的基板和鋼網(wǎng)的光學定位點（MARK點）進行對中，再進行基板與鋼網(wǎng)的X、Y、精細調(diào)整，使基板焊盤圖形與鋼網(wǎng)開孔圖形完全重合。2.刮刀與鋼網(wǎng)的角度： 刮刀與鋼網(wǎng)的角度越小，向下的壓力越大，容易將錫膏注入網(wǎng)孔中，但也容易使錫膏被擠壓到鋼網(wǎng)的底面，造成錫膏粘連。一般為4560 .目前，自動和半自動印刷機大多采用60 . SMT印刷工藝參數(shù)3.錫膏的投入量（滾動直徑）：錫膏的滾動直徑h 1323mm較合適。h過小易造成錫膏漏印、錫量少。h過大，過多的錫膏在印刷速度

16、一定的情況下，易造成錫膏無法形成滾動運動，錫膏無法刮干凈，造成印刷脫模不良、印刷后錫膏偏厚等印刷不良；且過多的錫膏長時間暴露在空氣中對錫膏質量不利。 在生產(chǎn)中作業(yè)員每半個小時檢查一次網(wǎng)板上的錫膏條的高度，每半小時將網(wǎng)板上超出刮刀長度外的錫膏用電木刮刀移到網(wǎng)板的前端并均勻分布錫膏。h錫膏滾動直徑 SMT印刷工藝參數(shù)4.刮刀壓力：刮刀壓力也是影響印刷質量的重要因素。刮刀壓力實際是指刮刀下降的深度，壓力太小，刮刀沒有貼緊鋼網(wǎng)表面，因此相當于增加了印刷厚度。另外壓力過小會使鋼網(wǎng)表面殘留一層錫膏，容易造成印刷成型粘結等印刷缺陷。5.印刷速度： 由于刮刀速度與錫膏的粘稠度呈反比關系，有窄間距，高密度圖形時

17、，速度要慢一些。速度過快，刮刀經(jīng)過鋼網(wǎng)開孔的時間就相對太短，錫膏不能充分滲入開孔中，容易造成錫膏成型不飽滿或漏印等印刷缺陷。 印刷速度和刮刀壓力存在一定的關系，降速度相當于增加壓力，適當降低壓力可起到提高印刷速度的效果。 理想的刮刀速度與壓力應該是正好把錫膏從鋼網(wǎng)表面刮干凈。理想的刮刀速度與壓力應該是正好把錫膏從鋼網(wǎng)表面刮干凈。粘度速率 SMT印刷工藝參數(shù)6.印刷間隙： 印刷間隙是鋼網(wǎng)與PCB之間的距離，關系到印刷后錫膏在PCB上的留存量。7.鋼網(wǎng)與PCB分離速度： 錫膏印刷后，鋼網(wǎng)離開PCB的瞬間速度即為分離速度，是關系到印刷質量的參數(shù)，在密間距、高密度印刷中最為重要。先進的印刷機，其鋼網(wǎng)離

18、開錫膏圖形時有1（或多個）個微小的停留過程，即多級脫模，這樣可以保證獲取最佳的印刷成型。 分離速度偏大時，錫膏粘力減少，錫膏與焊盤的凝聚力小，使部分錫膏粘在鋼網(wǎng)底面和開孔壁上，造成少印和錫塌等印刷缺陷。 分離速度減慢時，錫膏的粘度大、凝聚力大而使錫膏很容易脫離鋼網(wǎng)開孔壁，印刷狀態(tài)好。 SMT印刷工藝參數(shù)8.清洗模式和清洗頻率： 清洗鋼網(wǎng)底面也是保證印刷質量的因素。應根據(jù)錫膏、鋼網(wǎng)材料、厚度及開孔大小等情況確定清洗模式和清洗頻率。（設定干洗、濕洗、一次往復、擦拭速度等） 鋼網(wǎng)污染主要是由于錫膏從開孔邊緣溢出造成的。如果不及時清洗，會污染PCB表面，鋼網(wǎng)開孔四周的殘留錫膏會變硬，嚴重時還會堵塞鋼網(wǎng)

19、開孔。 影響錫膏印刷質量的主要因素1.首先是鋼網(wǎng)質量：鋼網(wǎng)厚度與開口尺寸確定了錫膏的印刷量。錫膏量過多會產(chǎn)生橋接，錫膏量過少會產(chǎn)生錫膏不足或虛焊。鋼網(wǎng)開口形狀及開孔壁是否光滑也會影響脫模質量。2.其次是錫膏質量：錫膏的粘度、印刷性（滾動性、轉移性）、常溫下的使用壽命等都會影響印刷質量。3.印刷工藝參數(shù)：刮刀速度、壓力、刮刀與網(wǎng)板的角度以及錫膏的粘度之間存在的一定制約關系，因此只有正確控制這些參數(shù)，才能保證錫膏的印刷質量。4.設備精度方面：在印刷高密度細間距產(chǎn)品時，印刷機的印刷精度和重復印刷精度也會起一定影響。5.環(huán)境溫度、濕度、以及環(huán)境衛(wèi)生：環(huán)境溫度過高會降低錫膏的粘度，濕度過大時錫膏會吸收空氣中的水分，濕度過小時會加速錫膏中溶劑的揮發(fā)，環(huán)境中灰塵混入錫膏中會使焊點產(chǎn)生針孔等缺陷。缺陷原因分析