錫膏及基本概念與特性

1、.錫膏的基本概念與特性錫膏是由焊料合金粉末與助焊劑/載體系統(tǒng)按照一定比例均勻混合而成的漿狀固體； 錫膏的粘度具有流變特性，即在剪切力作用下粘度減小以利于印刷，而印刷之后粘度恢復(fù)，從而在再流焊之前起到固定電子元器件的作用； 在再流焊過(guò)程中焊料合金粉末熔化，在助焊劑去除氧化膜的輔助作用下潤(rùn)濕電子元器件外引線端和印刷電路板焊盤金屬表面并發(fā)生反應(yīng)，最終形成二者之間的機(jī)械連接和電連接。錫膏產(chǎn)品的基本分類根據(jù)焊料合金種類，可分為含鉛錫膏與無(wú)鉛錫膏；根據(jù)清洗方式及有無(wú)，可分為松香基錫膏、水溶性錫膏與免清洗錫膏；根據(jù)活性劑種類，可分為純松香基錫膏、中等活性松香基錫膏、高活性松香基錫膏與有機(jī)物基錫膏；根據(jù)涂敷方

2、式，可分為范本印刷用錫膏、絲網(wǎng)印刷用錫膏與滴注用錫膏。錫膏發(fā)展的重要進(jìn)程1940年代：印刷電路板組裝技術(shù)在二次世界大戰(zhàn)中出現(xiàn)并逐漸普及；1950年代：通孔插裝的群焊技術(shù) - 波峰焊技術(shù)出現(xiàn)；1960年代：表面組裝用片式阻容組件出現(xiàn)；1971年：Philips公司推出小外形封裝集成電路，表面組裝概念確立并迅速得到推廣應(yīng)用；1985年：大氣臭氧層發(fā)現(xiàn)空洞；1987年：蒙特利爾公約簽署，松香基錫膏的主要清洗溶劑-氯氟碳化物的使用受到限制并最終被禁止使用。水溶性錫膏與免清洗概念開始受到重視；1990年代：全球氣候變暖，溫室效應(yīng)逐年明顯；2002年：京都協(xié)議書簽署，要求逐漸減少揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)的使用。低V

3、OC和VOC-Free錫膏的概念開始受到重視。錫膏的使用原則是什么先進(jìn)先出，即在保證性能滿足要求的前提下，首先使用庫(kù)存時(shí)間最長(zhǎng)的產(chǎn)品。 使用以前剩下的錫膏時(shí)應(yīng)與新錫膏按1:1比例混合使用，而不能完全使用“舊”的錫膏。錫膏如何如存？用戶方收到本公司的錫膏產(chǎn)品后請(qǐng)立即放入冰箱，在3-7 下進(jìn)行冷藏保存。請(qǐng)注意不可以對(duì)錫膏進(jìn)行冷凍保存。 另一方面，錫膏開封使用之后如果還有剩余且希望在下一輪組裝過(guò)程中繼續(xù)使用而不是廢棄，請(qǐng)?jiān)俅螌⒃撳a膏容器密封，但是不可以放入冰箱內(nèi)保存，而只是放置在室溫環(huán)境下即可。焊錫膏的主要成份及特性大致講來(lái)，焊錫膏的成份可分成兩個(gè)大的部分，即助焊劑和焊料粉（FLUX&SOLDERP

4、OWDER）。 （一）、助焊劑的主要成份及其作用： A、活化劑(ACTIVATION)：該成份主要起到去除PCB銅膜焊盤表層及零件焊接部位的氧化物質(zhì)的作用，同時(shí)具有降低錫、鉛表面張力的功效； B、觸變劑(THIXOTROPIC)：該成份主要是調(diào)節(jié)焊錫膏的粘度以及印刷性能，起到在印刷中防止出現(xiàn)拖尾、粘連等現(xiàn)象的作用； C、樹脂（RESINS）：該成份主要起到加大錫膏粘附性，而且有保護(hù)和防止焊后PCB再度氧化的作用；該項(xiàng)成分對(duì)零件固定起到很重要的作用； D、溶劑（SOLVENT）：該成份是焊劑組份的溶劑，在錫膏的攪拌過(guò)程中起調(diào)節(jié)均勻的作用，對(duì)焊錫膏的壽命有一定的影響； （二）、焊料粉： 焊料粉又稱

5、錫粉主要由錫鉛合金組成，一般比例為63/37；另有特殊要求時(shí)，也有在錫鉛合金中添加一定量的銀、鉍等金屬的錫粉。概括來(lái)講錫粉的相關(guān)特性及其品質(zhì)要求有如下幾點(diǎn)： A、錫粉的顆粒形態(tài)對(duì)錫膏的工作性能有很大的影響： A-1、重要的一點(diǎn)是要求錫粉顆粒大小分布均勻，這里要談到錫粉顆粒度分布比例的問(wèn)題；在國(guó)內(nèi)的焊料粉或焊錫膏生產(chǎn)廠商，大家經(jīng)常用分布比例來(lái)衡量錫粉的均勻度：以2545m的錫粉為例，通常要求35m左右的顆粒分度比例為60%左右，35m以下及以上部份各占20%左右； A-2、另外也要求錫粉顆粒形狀較為規(guī)則；根據(jù)“中華人民共和國(guó)電子行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)錫鉛膏狀焊料通用規(guī)范（SJ/T11186-1998）”中相關(guān)

6、規(guī)定如下：“合金粉末形狀應(yīng)是球形的,但允許長(zhǎng)軸與短軸的最大比為1.5的近球形狀粉末。如用戶與制造廠達(dá)成協(xié)議，也可為其他形狀的合金粉末?！痹趯?shí)際的工作中，通常要求為錫粉顆粒長(zhǎng)、短軸的比例一般在1.2以下。 A-3、如果以上A-1及A-2的要求項(xiàng)不能達(dá)到上述基本的要求，在焊錫膏的使用過(guò)程中，將很有可能會(huì)影響錫膏印刷、點(diǎn)注以及焊接的效果。 B、各種錫膏中錫粉與助焊劑的比例也不盡相同，選擇錫膏時(shí)，應(yīng)根據(jù)所生產(chǎn)產(chǎn)品、生產(chǎn)工藝、焊接元器件的精密程度以及對(duì)焊接效果的要求等方面，去選擇不同的錫膏； B-1、根據(jù)“中華人民共和國(guó)電子行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)錫鉛膏狀焊料通用規(guī)范（SJ/T11186-1998）”中相關(guān)規(guī)定，“焊膏

7、中合金粉末百分(質(zhì)量)含量應(yīng)為65%-96%,合金粉末百分(質(zhì)量)含量的實(shí)測(cè)值與訂貨單預(yù)定值偏差不大于1%”；通常在實(shí)際的使用中，所選用錫膏其錫粉含量大約在90%左右，即錫粉與助焊劑的比例大致為90：10； B-2、普通的印刷制式工藝多選用錫粉含量在89-91.5%的錫膏； B-3、當(dāng)使用針頭點(diǎn)注式工藝時(shí)，多選用錫粉含量在84-87%的錫膏； B-4、回流焊要求器件管腳焊接牢固、焊點(diǎn)飽滿、光滑并在器件（阻容器件）端頭高度方向上有1/3至2/3高度焊料爬升，而焊錫膏中金屬合金的含量，對(duì)回流焊焊后焊料厚度（即焊點(diǎn)的飽滿程度）有一定的影響 C、錫粉的“低氧化度”也是非常重要的一個(gè)品質(zhì)要求，這也是錫粉

8、在生產(chǎn)或保管過(guò)程中應(yīng)該注意的一個(gè)問(wèn)題；如果不注意這個(gè)問(wèn)題，用氧化度較高的錫粉做出的焊錫膏，將在焊接過(guò)程中嚴(yán)重影響焊接的品質(zhì)。錫膏性能基準(zhǔn)測(cè)試的四個(gè)步驟理解錫膏性能是努力改善合格率和降低成本的基礎(chǔ)。步驟一和二對(duì)錫膏的當(dāng)前功能與合格率性能作基準(zhǔn)測(cè)試，并且作為將來(lái)材料研究的一個(gè)可靠的工程基礎(chǔ)。如果計(jì)劃轉(zhuǎn)換到一種替代的錫膏成分，則推薦使用下面一系列的測(cè)試事項(xiàng)來(lái)保證成功的實(shí)施。 步驟一，基準(zhǔn)測(cè)試現(xiàn)有錫膏的當(dāng)前性能。測(cè)試那些可以影響視覺與電氣第一次通過(guò)合格率的主要功能特性。為了達(dá)到可重復(fù)性和產(chǎn)品的中性化，這個(gè)測(cè)試最好是在測(cè)試模型上離線完成。功能測(cè)試包括：可印刷性、塌落形態(tài)、粘性和粘性壽命、可焊接性、殘留水

9、平和可清潔性(如果可應(yīng)用)。 步驟二，基準(zhǔn)測(cè)試當(dāng)前錫膏在可能挑戰(zhàn)該材料的產(chǎn)品上的產(chǎn)品與過(guò)程合格率，該產(chǎn)品可能具有比傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)更密的腳距或更廣的元件范圍；還有，選擇一個(gè)已完成原型階段但還處在壽命早期的產(chǎn)品。(這步將在第三步的落選材料上重復(fù)，和可能使用新錫膏的產(chǎn)品上重復(fù)進(jìn)行)。在一組基準(zhǔn)測(cè)試中的所有重復(fù)事項(xiàng)都要詳細(xì)記錄，以便可以查明什么可歸因于錫膏性能。這時(shí)也可記錄用量和浪費(fèi)。如果可能，也應(yīng)記錄作基準(zhǔn)測(cè)試時(shí)的工廠情況，如溫度、濕度、操作員、板的批號(hào)、錫膏，甚至元件。應(yīng)該選擇一個(gè)好的批量：制造環(huán)境中較具典型的，足夠大到對(duì)統(tǒng)計(jì)有意義的(如大于50但小于500)。得出一個(gè)測(cè)試合格率的詳細(xì)報(bào)告。說(shuō)明元件

10、返工的特殊原因，每個(gè)事件都應(yīng)找出原因，如焊錫不足、開路、錫橋、墓碑、熔濕差、引腳不共面、元件沒(méi)放準(zhǔn)和元件丟失等。由于當(dāng)前材料的性能是通過(guò)主要的功能測(cè)試與其合格率損失來(lái)度量的，這是個(gè)好時(shí)候來(lái)評(píng)估該錫膏用于用戶裝配的主要性能類別的相對(duì)重要性。例如，如果檢查分析表明有較高百分比的丟失元件，那么粘性可能是很重要的。類似的，如果檢查主要發(fā)現(xiàn)焊錫不足和/或開路，那么可焊接性需要增加。如果在步驟一發(fā)現(xiàn)塌落(短路是主要的返工項(xiàng)目)，則表明要尋找一種很少或沒(méi)有塌落的材料。 步驟三。新材料的測(cè)試是在步驟一中對(duì)現(xiàn)有錫膏所標(biāo)定的相同條件和方法下進(jìn)行。然后評(píng)估結(jié)果，落選所有那些表現(xiàn)更差性能的材料。事實(shí)上，應(yīng)該注意到性能

11、上的一些平衡-應(yīng)用從步驟二得出的性能期望的用戶設(shè)定。步驟四。當(dāng)能夠證實(shí)新材料合格率和/或產(chǎn)量的提高的時(shí)候，應(yīng)該生產(chǎn)第二批的產(chǎn)品-盡可能地接近步驟二相同的條件。如果情況相差太大，應(yīng)該用現(xiàn)有錫膏生產(chǎn)出相同數(shù)量的板。重要的是：為了精確評(píng)估材料變化的效果，必須詳細(xì)記錄所有的缺陷。錫膏印刷前的準(zhǔn)備錫膏從冰箱中取出，投入印刷工序之前一定要進(jìn)行以下2個(gè)步驟的操作：（1）不要開封，在室溫下放置至少4-6個(gè)小時(shí)以上，以使錫膏的溫度自然回升至室溫。（2）錫膏溫度達(dá)到室溫之后，在投入印刷之前，要進(jìn)行攪拌以保證錫膏中的各組成成分均勻分布。建議采用專用攪拌設(shè)備，沿同一方向攪拌1-3分鐘即可。錫膏印刷質(zhì)量控制在表面貼裝裝

12、配的回流焊接中，錫膏用于表面貼裝元件的引腳或端子與焊盤之間的連接。有許多變量，如錫膏、絲印機(jī)、錫膏應(yīng)用方法和印刷工藝過(guò)程。在印刷錫膏的過(guò)程中，基板放在工作臺(tái)上，機(jī)械地或真空夾緊定位，用定位銷或視覺來(lái)對(duì)準(zhǔn)?；蛘呓z網(wǎng)(screen)或者模板(stencil)用于錫膏印刷。本文將著重討論幾個(gè)關(guān)鍵的錫膏印刷問(wèn)題，如模板設(shè)計(jì)和印刷工藝過(guò)程。 印刷工藝過(guò)程與設(shè)備在錫膏印刷過(guò)程中，印刷機(jī)是達(dá)到所希望的印刷品質(zhì)的關(guān)鍵。今天可購(gòu)買到的絲印機(jī)分為兩種主要類型：實(shí)驗(yàn)室與生產(chǎn)。每個(gè)類型有進(jìn)一步的分類，因?yàn)槊總€(gè)公司希望從實(shí)驗(yàn)室與生產(chǎn)類型的印刷機(jī)得到不同的性能水平。例如，一個(gè)公司的研究與開發(fā)部門(R&D)使用實(shí)驗(yàn)室類型制

13、作產(chǎn)品原型，而生產(chǎn)則會(huì)用另一種類型。還有，生產(chǎn)要求可能變化很大，取決于產(chǎn)量。因?yàn)榧す馇懈钤O(shè)備是不可能分類的，最好是選擇與所希望的應(yīng)用相適應(yīng)的絲印機(jī)。 在手工或半自動(dòng)印刷機(jī)中，錫膏是手工地放在模板/絲網(wǎng)上，這時(shí)印刷刮板(squeegee)處于模板的另一端。在自動(dòng)印刷機(jī)中，錫膏是自動(dòng)分配的。在印刷過(guò)程中，印刷刮板向下壓在模板上，使模板底面接觸到電路板頂面。當(dāng)刮板走過(guò)所腐蝕的整個(gè)圖形區(qū)域長(zhǎng)度時(shí)，錫膏通過(guò)模板/絲網(wǎng)上的開孔印刷到焊盤上。 在錫膏已經(jīng)沉積之后，絲網(wǎng)在刮板之后馬上脫開(snapoff)，回到原地。這個(gè)間隔或脫開距離是設(shè)備設(shè)計(jì)所定的，大約0.0200.040。脫開距離與刮板壓力是兩個(gè)達(dá)到良好

14、印刷品質(zhì)的與設(shè)備有關(guān)的重要變量。 如果沒(méi)有脫開，這個(gè)過(guò)程叫接觸(on-contact)印刷。當(dāng)使用全金屬模板和刮刀時(shí)，使用接觸印刷。非接觸(off-contact)印刷用于柔性的金屬絲網(wǎng)。 刮板(squeegee)類型刮板的磨損、壓力和硬度決定印刷質(zhì)量，應(yīng)該仔細(xì)監(jiān)測(cè)。對(duì)可接受的印刷品質(zhì)，刮板邊緣應(yīng)該鋒利和直線。刮板壓力低造成遺漏和粗糙的邊緣，而刮板壓力高或很軟的刮板將引起斑點(diǎn)狀的(smeared)印刷，甚至可能損壞刮板和模板或絲網(wǎng)。過(guò)高的壓力也傾向于從寬的開孔中挖出錫膏，引起焊錫圓角不夠。常見有兩種刮板類型：橡膠或聚氨酯(polyurethane)刮板和金屬刮板。當(dāng)使用橡膠刮板時(shí)，使用70-9

15、0橡膠硬度計(jì)(durometer)硬度的刮板。當(dāng)使用過(guò)高的壓力時(shí)，滲入到模板底部的錫膏可能造成錫橋，要求頻繁的底部抹擦。為了防止底部滲透，焊盤開口在印刷時(shí)必須提供密封(gasketing)作用。這取決于模板開孔壁的粗糙度。金屬刮刀也是常用的。隨著更密間距元件的使用，金屬刮刀的用量在增加。它們由不銹鋼或黃銅制成，具有平的刀片形狀，使用的印刷角度為3045。一些刮刀涂有潤(rùn)滑材料。因?yàn)槭褂幂^低的壓力，它們不會(huì)從開孔中挖出錫膏，還因?yàn)槭墙饘俚?，它們不象橡膠刮板那樣容易磨損，因此不需要鋒利。它們比橡膠刮板成本貴得多，并可能引起模板磨損。 使用不同的刮板類型在使用標(biāo)準(zhǔn)元件和密腳元件的印刷電路裝配(PCA)

16、中是有區(qū)分的。錫膏量的要求對(duì)每一種元件有很大的不同。密間距元件要求比標(biāo)準(zhǔn)表面貼裝元件少得多的焊錫量。焊盤面積和厚度控制錫膏量。 一些工程師使用雙厚度的模板來(lái)對(duì)密腳元件和標(biāo)準(zhǔn)表面貼裝焊盤施用適當(dāng)?shù)腻a膏數(shù)量。其它工程師采用一種不同的方法-他們使用不需要經(jīng)常鋒利的更經(jīng)濟(jì)的金屬刮刀。用金屬刮刀更容易防止錫膏沉積量的變化，但這種方法要求改良的模板開孔設(shè)計(jì)來(lái)防止在密間距焊盤上過(guò)多的錫膏沉積。這個(gè)方法在工業(yè)上變得更受歡迎，但是，使用雙厚度印刷的橡膠刮板也還沒(méi)有消失。模板(stencil)類型重要的印刷品質(zhì)變量包括模板孔壁的精度和光潔度。保存模板寬度與厚度的適當(dāng)?shù)目v橫比(aspectratio)是重要的。推薦

17、的縱橫比為1.5。這對(duì)防止模板阻塞是重要。一般，如果縱橫比小于1.5，錫膏會(huì)保留在開孔內(nèi)。除了縱橫比之外，如IPC-7525模板設(shè)計(jì)指南所推薦的，還要有大于0.66的面積比(焊盤面積除以孔壁面積)。IPC-7525可作為模板設(shè)計(jì)的一個(gè)良好開端。制作開孔的工藝過(guò)程控制開孔壁的光潔度和精度。有三種常見的制作模板的工藝：化學(xué)腐蝕、激光切割和加成(additive)工藝。 化學(xué)腐蝕(chemicallyetched)模板金屬模板和柔性金屬模板是使用兩個(gè)陽(yáng)性圖形通過(guò)從兩面的化學(xué)研磨來(lái)蝕刻的。在這個(gè)過(guò)程中，蝕刻不僅在所希望的垂直方向進(jìn)行，而且在橫向也有。這叫做底切(undercutting)-開孔比希望的

18、較大，造成額外的焊錫沉積。因?yàn)?0/50從兩面進(jìn)行蝕刻，其結(jié)果是幾乎直線的孔壁，在中間有微微沙漏形的收窄。 因?yàn)殡娢g刻模板孔壁可能不平滑，電拋光，一個(gè)微蝕刻工藝，是達(dá)到平滑孔壁的一個(gè)方法。另一個(gè)達(dá)到較平滑孔壁的方法是鍍鎳層(nickelplating)。拋光或平滑的表面對(duì)錫膏的釋放是好的，但可能引起錫膏越過(guò)模板表面而不在刮板前滾動(dòng)。這個(gè)問(wèn)題可通過(guò)選擇性地拋光孔壁而不是整個(gè)模板表面來(lái)避免。鍍鎳進(jìn)一步改善平滑度和印刷性能?？墒牵鼫p小了開孔，要求圖形調(diào)整 激光切割(laser-cut)模板激光切割是另一種減去(subtractive)工藝，但它沒(méi)有底切問(wèn)題。模板直接從Gerber數(shù)據(jù)制作，因此開孔

19、精度得到改善。數(shù)據(jù)可按需要調(diào)整以改變尺寸。更好的過(guò)程控制也會(huì)改善開孔精度。激光切割模板的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是孔壁可成錐形?；瘜W(xué)蝕刻的模板也可以成錐形，如果只從一面腐蝕，但是開孔尺寸可能太大。板面的開口稍微比刮板面的大一點(diǎn)的錐形開孔(0.0010.002，產(chǎn)生大約2的角度)，對(duì)錫膏釋放更容易。 激光切割可以制作出小至0.004的開孔寬度，精度達(dá)到0.0005，因此很適合于超密間距(ultra-fine-pitch)的元件印刷。激光切割的模板也會(huì)產(chǎn)生粗糙的邊緣，因?yàn)樵谇懈钇陂g汽化的金屬變成金屬渣。這可能引起錫膏阻塞。更平滑的孔壁可通過(guò)微蝕刻來(lái)產(chǎn)生。激光切割的模板如果沒(méi)有預(yù)先對(duì)需要較薄的區(qū)域進(jìn)行化學(xué)腐蝕，就

20、不能制成臺(tái)階式多級(jí)模板。激光一個(gè)一個(gè)地切割每一個(gè)開孔，因此模板成本是要切割的開孔數(shù)量而定。 電鑄成型(electroformed)模板制作模板的第三種工藝是一種加成工藝，最普遍地叫做電鑄成型。在這個(gè)工藝中，鎳沉積在銅質(zhì)的陰極心上以形成開孔。一種光敏干膠片疊層在銅箔上(大約0.25厚度)。膠片用紫外光通過(guò)有模板圖案的遮光膜進(jìn)行聚合。經(jīng)過(guò)顯影后，在銅質(zhì)心上產(chǎn)生陰極圖案，只有模板開孔保持用光刻膠(photoresist)覆蓋。然后在光刻膠的周圍通過(guò)鍍鎳形成了模板。在達(dá)到所希望的模板厚度后，把光刻膠從開孔除掉。電鑄成型的鎳箔通過(guò)彎曲從銅心上分開-一個(gè)關(guān)鍵的工藝步驟?，F(xiàn)在箔片準(zhǔn)備好裝框，制作模板的其它步

21、驟。 電鑄成型臺(tái)階式模板可以做得到，但成本增加。由于可達(dá)到精密的公差，電鑄成型的模板提供良好的密封作用，減少了模板底面的錫膏滲漏。這意味著模板底面擦拭的頻率顯著地降低，減少潛在的錫橋。錫膏保存及使用注意事項(xiàng)一、保存方式 由于錫膏為化學(xué)制品，保存于冷藏庫(kù)中(510)可降低活性，增長(zhǎng)使壽命，避免放置于高溫處，易使錫膏劣質(zhì)化。 二、回溫 冷藏時(shí)活性大大降低，所以使用前一定要將錫膏置室溫中，恢復(fù)活性，方可表現(xiàn)最佳焊接狀態(tài)。 三、攪拌 1.攪拌是使錫粉末與Flux均勻混合，但如攪拌時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)破壞錫粉末形狀甚至粘度。 2.如果攪拌前，錫膏表面產(chǎn)生硬塊，將表面硬塊除去方可使用。 3.不同型號(hào)、廠牌錫膏請(qǐng)勿混

22、合使用，以避免發(fā)生不良之現(xiàn)象。無(wú)鉛焊膏印刷工藝閉環(huán)過(guò)程控制近幾年來(lái)，焊膏印后檢測(cè)技術(shù)有了很大進(jìn)展。焊膏印刷后/器件貼裝前，對(duì)印制板焊膏轉(zhuǎn)印圖形的即時(shí)檢測(cè)能力的準(zhǔn)確性更好，重復(fù)性更高，速度更快?，F(xiàn)在，與模板印刷機(jī)總成的焊膏印后檢查系統(tǒng)，或立式自動(dòng)光學(xué)檢查系統(tǒng)（AOI）已能以接近SMT組裝線的生產(chǎn)速度，提供非常可靠的檢查能力。 然而，無(wú)論設(shè)備多么先進(jìn)，沒(méi)有一臺(tái)焊膏印后檢查系統(tǒng)能真真實(shí)際意義上的糾正被檢目標(biāo)缺陷?，F(xiàn)有印后檢查系統(tǒng)能確定缺陷，提示存在問(wèn)題的操作者或工藝工程師。被確定的缺陷固定下來(lái)，不致于在隨后的加工過(guò)程中被發(fā)現(xiàn)為其付出更大代價(jià)。工藝工程師或技術(shù)人員必須對(duì)從印后檢測(cè)系統(tǒng)，統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制（S

23、PC）系統(tǒng)得到的焊膏印刷性能作出評(píng)價(jià)，確定缺陷產(chǎn)生的原因，從根源具體消除或最大限度減少問(wèn)題的產(chǎn)生需要實(shí)施的步驟。沒(méi)有一臺(tái)印后檢查系統(tǒng)能不需要工藝工程師持續(xù)地進(jìn)行糾正工作，永遠(yuǎn)消除缺陷的重新出現(xiàn)。 焊膏印刷工藝閉環(huán)過(guò)程控制的觀念不僅包括缺陷檢查系統(tǒng)，還必須具備工藝智能調(diào)整（主要調(diào)整模板印刷機(jī)的操作參數(shù)）以防止問(wèn)題的重新發(fā)生。本文將討論包括焊膏印刷工藝在內(nèi)的閉環(huán)過(guò)程控制。討論涉及這方面研究的現(xiàn)狀，優(yōu)越性，局限性，實(shí)施所需的技術(shù)及將來(lái)的創(chuàng)新。引 言印制板組裝廠為其組裝生產(chǎn)線期望達(dá)到更好的產(chǎn)能，閉環(huán)過(guò)程控制技術(shù)的應(yīng)用已深透到SMT制造工藝的各個(gè)方面。目前，這些過(guò)程控制系統(tǒng)主要描準(zhǔn)器件貼裝及再流焊兩項(xiàng)工

24、藝。實(shí)施過(guò)程控制能對(duì)印制板組裝廠產(chǎn)生顯著影響就是模板印刷工藝。印制板組裝廠始終對(duì)印刷缺陷檢查有興趣，組裝工程師正開始關(guān)注對(duì)缺陷的予防能力，并非是缺陷檢查。這只能通過(guò)提供強(qiáng)有力的閉環(huán)過(guò)程控制才能實(shí)現(xiàn)。何謂閉環(huán)過(guò)程控制？閉環(huán)過(guò)程控制是一種持續(xù)監(jiān)控與調(diào)整過(guò)程，以保持一個(gè)輸出或多個(gè)輸出具體目標(biāo)值的方法。有許多途徑來(lái)考慮閉環(huán)過(guò)程控制什么。有許多系統(tǒng)監(jiān)測(cè)與控制某個(gè)具體工藝過(guò)程內(nèi)在的運(yùn)行。例如，變換器可讀取一個(gè)壓力，及訪問(wèn)每一工藝狀態(tài)的壓力增加或減少。這是閉環(huán)工藝內(nèi)在控制某個(gè)特定工藝過(guò)程。本文集中討論閉環(huán)過(guò)程控制，測(cè)量某個(gè)特定工藝的輸出或結(jié)果，調(diào)整工藝的某個(gè)操作參數(shù)或一組參數(shù)，以保持輸出目標(biāo)值。閉環(huán)過(guò)程控制

25、的正常運(yùn)作，必須了解測(cè)量什么參數(shù)，（訪問(wèn)輸出值），那些因素影響輸出值的波動(dòng)。必須首先鑒別某個(gè)工藝重要的單個(gè)輸出量或多個(gè)輸出量（高度，重量，體積，形狀，溫度，電壓等），通過(guò)使用常規(guī)統(tǒng)計(jì)工具（如實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)）輸出定量化。將影響選定輸出性能的單個(gè)或多個(gè)操作參數(shù)（例如；溫度，速度，壓力，等），也必須被鑒別，且使用常規(guī)統(tǒng)計(jì)工具定量化。一旦鑒別及量化測(cè)量這些輸出值重要操作方法，它們必須被鑒別及定量化。測(cè)量方法的條件必須包括統(tǒng)計(jì)確認(rèn)測(cè)試，如測(cè)量重復(fù)性與再現(xiàn)性（Gauge R&R），保證測(cè)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與重復(fù)性。 測(cè)量已鑒別的輸出值，其后，閉環(huán)系統(tǒng)必須懂得那些單個(gè)或多個(gè)操作參數(shù)必須被調(diào)整，使得輸出測(cè)量值返回到目標(biāo)

26、值。精密電子組裝始終有兩項(xiàng)策略實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品加工最高的首次通過(guò)率產(chǎn)能；一次通過(guò)率定義為產(chǎn)品被測(cè)試無(wú)需任何返工或返修，在第一時(shí)間工作的產(chǎn)品。策略其一是予防缺陷發(fā)生，其二，盡可能早在制造過(guò)程中，搜尋到出現(xiàn)的缺陷。連同可靠合理的工藝制定與過(guò)程控制工作，閉環(huán)過(guò)程控制是予防缺陷產(chǎn)生策略的理想工具。閉環(huán)過(guò)程運(yùn)作的結(jié)果；在絕對(duì)寬的時(shí)間內(nèi)，此項(xiàng)工藝處于理想狀態(tài)，從理論上，此項(xiàng)指定工藝能生產(chǎn)絕對(duì)最低量缺陷的產(chǎn)品。具有最低可能的缺陷率能獲得最大的收益率。閉環(huán)過(guò)程控制的作用閉環(huán)過(guò)程控制運(yùn)作的目標(biāo)是 使得指定工藝過(guò)程實(shí)現(xiàn)最低加工缺陷率。全閉環(huán)過(guò)程自監(jiān)測(cè)，自糾正功能，從以下幾個(gè)方面得到改善，使得生產(chǎn)成本明顯降低：l 減少返工

27、l 減少返修l 避免因返工或返修（ESD，傳遞等）造成的損壞l 減少?gòu)U棄物l 減少檢測(cè)與測(cè)試設(shè)備與財(cái)力l 減少利潤(rùn)回報(bào)l 減少使用期質(zhì)量保證成本l 予防延期交貨l 增加用戶滿意度許多因素正促使首先應(yīng)該強(qiáng)調(diào)是予防缺陷，其二盡可能在制造過(guò)程早期發(fā)現(xiàn)缺陷。電子器件正越來(lái)越變得復(fù)雜（外形尺寸大，周邊BGA，柱形引腳陣列等），小形器件（0201，01005，CSP，microBGA等），且器件成本更昂貴。小型及封裝復(fù)雜器件將給尋找缺陷更加困難，返修難度增加，因造成返工返修損懷器件報(bào)廢。予防缺陷始終是主要目的。既是在制造過(guò)程非常早發(fā)現(xiàn)缺陷，也將存在返修成本。顯然任何缺陷不可能是另返修成本。對(duì)電子制造過(guò)程中

28、的缺陷成本分析，帶有缺陷的產(chǎn)品出廠進(jìn)入市場(chǎng)，且在用戶手里發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，此時(shí)的缺陷成本將是制造過(guò)程各工序發(fā)現(xiàn)的缺陷成本高出許多倍（見表1，表2缺陷成本）。閉環(huán)過(guò)程控制將為予防缺陷發(fā)生節(jié)省大量成本支出。表1 缺陷成本（據(jù)主要SMT組裝廠提供）缺陷發(fā)現(xiàn)的工藝步序缺陷成本再流焊前$0.44 再流焊后，ICT前$1.65 在線測(cè)試（IT）$2.33 最后產(chǎn)品組裝$49.73 上市（出廠后）$550.00 產(chǎn)品上市的缺陷成本是再流焊前的1,250倍。表2 缺陷成本（AOI設(shè)備制造商提供）缺陷發(fā)現(xiàn)的工藝步序缺陷成本再流焊前$0.50 再流焊后，ICT前$5.00 在線測(cè)試（IT）$35.00 上市（出廠后）$3

29、50.00 產(chǎn)品上市的缺陷成本是再流焊前的700倍。缺陷成本的大拇指原則稱之為幅度量級(jí)原則，該原則表述在制造過(guò)程任一級(jí)工序發(fā)現(xiàn)的缺陷成本將比前一級(jí)工序發(fā)現(xiàn)同樣缺陷的成本大10倍，甚至超過(guò)。舉例；每一組裝1,000塊印制板（每塊印制板貼裝4只BGA）或4,000塊印制板（每塊印制板貼裝1BGA）SMT組裝線制造工藝運(yùn)轉(zhuǎn)一年365天。缺陷發(fā)生率100ppmBGA器件單件成本 $100BGA器件引腳數(shù)250BGA單件返工成本$100在此例舉中；每天發(fā)現(xiàn)BGA引腳缺陷100，一年BGA引腳缺陷36,500。假定每天引腳缺陷發(fā)生在10塊印制板上。結(jié)果返工及器件報(bào)廢成本為每天$2,000/day，一年達(dá)$

30、730,000/year!閉環(huán)過(guò)程控制能夠予防這些缺陷的部分發(fā)生，成本也將得到明顯降低。表3 閉環(huán)過(guò)程控制的收益；閉環(huán)過(guò)程控制BGA缺陷率減少每年成本節(jié)省100% $730K 90% $657K 80% $584K 70% $511K 60% $438K 50% $365K 40% $292K 30% $219K 20% $146K 10% $73K 0% $0 缺陷經(jīng)常發(fā)生在那里？大多數(shù)電子組裝操作者計(jì)算缺陷機(jī)率數(shù)，計(jì)算器件的全部引腳，于是作為該器件缺陷機(jī)率。一種類型缺陷的實(shí)際缺陷數(shù)與全部缺陷機(jī)率總數(shù)比較，計(jì)算缺陷率，一般用每百萬(wàn)缺陷機(jī)會(huì)數(shù)中的實(shí)際缺陷的多少（PPMO）。用這種方法來(lái)計(jì)算缺陷

31、機(jī)率，結(jié)果顯示超過(guò)全部缺陷機(jī)率數(shù)的75%源自于焊膏印刷及焊接工藝（再流焊與波峰焊）。對(duì)某大批量SMT組裝廠的6個(gè)月的研究顯示；由模板印刷，再流焊，波峰焊產(chǎn)生的缺陷平均達(dá)到84.08%。既使焊膏印刷工藝在缺陷減少做了少些改進(jìn)，也會(huì)對(duì)整個(gè)SMT工藝質(zhì)量，及首次產(chǎn)品通過(guò)率產(chǎn)生顯著影響。（圖4所示）。在，閉環(huán)焊膏印刷工藝在工藝過(guò)程中控制大量缺陷數(shù)機(jī)率將提供明顯好處。圖4焊點(diǎn)DPMO對(duì)印制板組件（含3,000個(gè)焊點(diǎn)）的組裝產(chǎn)能的影響。焊點(diǎn)DPMO印制板組裝產(chǎn)能598.5%1097%2592.55085%10070%模板印刷工藝的閉環(huán)過(guò)程控制本節(jié)討論閉環(huán)過(guò)程控制在模板印刷工藝中的應(yīng)用。下面討論的閉環(huán)系統(tǒng)現(xiàn)

32、用于模板印刷機(jī)或模板印刷機(jī)與外設(shè)AOI系統(tǒng)間。A） 模板印刷機(jī)的X-Y-軸向印刷定位控制應(yīng)用于焊膏印刷機(jī)最常見的閉環(huán)過(guò)程控制系統(tǒng)主要目的是準(zhǔn)確地將焊膏轉(zhuǎn)印在印制板平面相應(yīng)的焊盤上。雖然大多數(shù)印制板的焊膏印刷機(jī)具備執(zhí)行模板與PCB對(duì)準(zhǔn)功能的自動(dòng)化系統(tǒng)，焊膏的錯(cuò)位轉(zhuǎn)印非常少見的。這種印刷誤差往往可能由印制板與印制板間的變化，模板尺寸伸長(zhǎng)，對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)的不準(zhǔn)確性或其他因素所致。閉環(huán)過(guò)程控制系統(tǒng)糾正轉(zhuǎn)印位置不準(zhǔn)確性通常測(cè)量相對(duì)印制板焊盤的轉(zhuǎn)印位置偏差，糾正模板相對(duì)于印制板的對(duì)準(zhǔn)位置。全部糾正以模板或印制板平面進(jìn)行。如模板與印制板不適配，系統(tǒng)運(yùn)算法則將使轉(zhuǎn)印位置與各自相應(yīng)的焊盤位置偏離減到最小。通常，如機(jī)上

33、測(cè)量對(duì)印刷時(shí)間的影響可以接受，在印刷機(jī)內(nèi)，測(cè)量焊膏轉(zhuǎn)印圖形與印制板相對(duì)應(yīng)焊盤的位置。.如果最小印刷時(shí)間苛刻，對(duì)印制板的焊膏印后測(cè)量可平行印刷操作離機(jī)進(jìn)行。B） AOI系統(tǒng)測(cè)量，模板印刷機(jī)的X-Y-軸向印刷定位控制Speedline Technologies與Agilent Technologies兩公司研發(fā)的閉環(huán)過(guò)程控制系統(tǒng)，在印制板焊膏印刷過(guò)程，補(bǔ)償X-Y-軸向印刷定位偏差。在模板印刷機(jī)上，印制板焊膏印刷后，然有印制板通過(guò)AOI系統(tǒng)測(cè)量X-Y-軸向焊膏轉(zhuǎn)印偏差。系統(tǒng)將這些偏差數(shù)據(jù)反慣給模板印刷機(jī)。模板印刷機(jī)在下一個(gè)印刷沖程補(bǔ)償糾正這些偏差。在印刷偏差未達(dá)到用戶要求的印刷偏差范圍之前，系統(tǒng)一直

34、重復(fù)這個(gè)過(guò)程。當(dāng)印刷轉(zhuǎn)印偏差已在規(guī)定的偏差范圍內(nèi)，SPC系統(tǒng)控制用于監(jiān)測(cè)在AOI系統(tǒng)測(cè)量的焊膏轉(zhuǎn)印偏差。下圖顯示由AOI系統(tǒng)測(cè)量，模板印刷機(jī)X-Y-軸向轉(zhuǎn)印位置偏差糾正。圖1 X/Y轉(zhuǎn)印偏差糾正結(jié)果：RtoF沖程（左圖），F(xiàn)toR沖程（右圖）C)橋接視覺檢查，模板檢測(cè)與清洗檢測(cè)焊膏在焊盤間隙不正常沉積對(duì)電路板組裝廠是關(guān)鍵的，因?yàn)檫@些額外的焊膏沉積可能會(huì)在再流焊過(guò)程中形成短路。這類轉(zhuǎn)印缺陷常稱為橋接，如果不能根本清除，也必須將其沉積面積盡可能降到最小。焊膏橋接的原因；模板未對(duì)準(zhǔn)，印刷壓力過(guò)大，模板與焊盤間有不適當(dāng)?shù)拟鈮|物或模板背面焊膏沾污。大多數(shù)模板印刷機(jī)與AOI系統(tǒng)制造商已研發(fā)出在印制板上焊膏

35、橋接檢測(cè)技術(shù)。這些技術(shù)通常是定性且加以說(shuō)明。.在MPM某些印刷機(jī)上配置橋接視覺檢測(cè)系統(tǒng)，測(cè)量橋接缺陷的各種特征與屬性，對(duì)系統(tǒng)傳送相關(guān)指令。尤其是在兩個(gè)焊盤間隙不正常沉積的焊膏量與用戶定義的閥值比較，并記錄為案。同樣，兩焊盤間橋接跨度（間隙內(nèi)橋接突出距離）也可與用戶規(guī)定限值比較。當(dāng)橋接量值達(dá)到予先確定的界限值時(shí)，模板擦洗裝置啟動(dòng)，減少模板由于沾污產(chǎn)生類似橋接的缺陷。橋接缺陷另一控制項(xiàng)是由檢測(cè)模板（窗口間留落的焊膏），模板與印制板分離時(shí)，焊膏沒(méi)有完全脫模轉(zhuǎn)印在印制板焊盤上，模板窗口留落焊膏導(dǎo)致污染，這是在印制板焊膏印刷時(shí)經(jīng)常見到的缺陷。圖2所示；與印制板對(duì)應(yīng)器件安裝位置，模板指定器件窗口間的最大焊

36、膏量，近橋接形焊膏的最大散布的曲線，與印制板印刷數(shù)量的關(guān)系。需注意的是當(dāng)模板上的致污物增加，印制板上的橋接也隨之增加，同理再流焊后，此位置將100%產(chǎn)生橋接短路。膠刮在絲印中的功能和使用方法膠刮看似簡(jiǎn)單，其實(shí)膠刮是絲網(wǎng)印刷中相當(dāng)復(fù)雜的一部分。在其它方式的印刷中，進(jìn)行油墨轉(zhuǎn)移的工具有刮刀、油墨磙、壓力磙和膠頭等，每一種工具都有其獨(dú)特的功能。在絲網(wǎng)印刷中，膠刮的功能主要有以下四個(gè)方面： 1.將油墨通過(guò)絲網(wǎng)轉(zhuǎn)移到承印物上。 2.刮掉絲網(wǎng)上多余的油墨。 3.保持絲網(wǎng)與承印物線接觸。 4.能進(jìn)行不同形狀承印物的印刷。 只有膠刮的以上四項(xiàng)功能得到很好地發(fā)揮，才能印刷出優(yōu)質(zhì)的印刷品。而刮刀的物理性能又對(duì)以上

37、功能起決定性作用。（例如：硬度大的膠刮能很好地刮掉多余油墨，但不能很好地滿足各種不同承印物形狀的要求）。因此在選擇膠刮時(shí)，要充分考慮到膠刮性能因素對(duì)以上功能的影響，避免對(duì)印刷效果產(chǎn)生不良影響。在選擇合適性能的膠刮時(shí)，需要考慮以下四個(gè)因素： 1.硬度：膠刮通常是由聚氨酯制成的，用硬度計(jì)來(lái)測(cè)量膠刮的軟硬度。膠刮的硬度、尺寸和刮刀形狀決定了膠刮的彎曲性、柔韌性和壓力。硬度范圍從55度到90度（肖氏A）。硬度值用肖氏A硬度計(jì)測(cè)量。55A-65A是低硬膠刮，66A-75A是中硬，超過(guò)75A是高硬。 高硬度膠刮對(duì)膠刮的前三項(xiàng)功能非常有利，將油墨壓進(jìn)絲網(wǎng)并將油墨從精細(xì)網(wǎng)板轉(zhuǎn)移到承印物上，并保持絲網(wǎng)與承印物的

38、線接觸。高硬度膠刮唯一缺陷是不能滿足不同形狀承印物的印刷，在印刷粗糙面和不平整面時(shí)對(duì)膠刮的質(zhì)量要求也很高。 2.有效寬度：是指膠刮裝入鋁刮柄，從鋁刮柄伸出的膠刮寬度。這個(gè)寬度很重要，決定了膠刮在壓力下的彎曲度。彎曲度是有效寬度的立方值。如兩倍有效寬度得到的是大于23=8的彎曲度。 膠刮彎曲會(huì)引起兩方面的變化：膠刮與絲網(wǎng)間的角度變化；傳遞到承印物上的印刷壓力減小。例如將膠刮比作一組彈簧，當(dāng)彈簧成一定角度受力時(shí)，彈簧開始彎曲，所傳的力越來(lái)越小。膠刮印刷角度減小，印刷壓力不足，印刷效果不理想。印刷角度小、印刷壓力減小，下墨量大，墨層增厚。（在這種情況下，印刷操作者會(huì)加大印刷壓力，膠刮彎曲度增加，得到

39、的墨層依然不理想。解決辦法是膠刮硬度增加、膠刮角度增加。）這就是膠刮的有效寬度對(duì)膠刮四大功能的影響。 通常膠刮的有效寬度在20MM到30MM之間。最佳有效寬度的選擇基于承印物的平整度、網(wǎng)版圖像解像度和其他印刷參數(shù)如：膠刮角度、速度和油墨種類。在平整/光滑的承印物上印高解像力的圖象時(shí)，有效寬度?。ㄐ∮?0MM）、高硬、用合適的油墨進(jìn)行快速印刷。在不平整、粗糙的承印物上，有效寬度要增加（有時(shí)大于30MM）、硬度降低，而低硬度膠刮適應(yīng)能力差，不可過(guò)度彎曲，也可以使用中間硬兩邊軟的三層刮或雙層刮。通常，有效寬度增加，印刷速度降低并且要增加印刷角度。 膠刮形狀： 膠刮形狀指膠刮的橫截面。大多數(shù)膠刮形狀只

40、是簡(jiǎn)單的方形刮，其他形狀的膠刮用于特定的印刷條件。例如，硬的膠刮性能比軟的膠刮好，但對(duì)承印物的適應(yīng)能力差。使用斜刮，印刷邊緣易變形（類似軟膠刮）。 有三種形狀的膠刮供印刷工作者選擇：方刮（或直角邊刮），各種斜刮及圓刮（牛角刮）。方刮適用范圍較廣，能提供最大的印刷壓力，印刷角度視有效寬度定。斜刮提供最大的適應(yīng)性，印刷壓力減小，印刷角度比設(shè)定角度小。圓刮的適應(yīng)性最差，提供的印刷壓力最小，印刷角度可以自由設(shè)定（經(jīng)常是最小的角度）。以上原因都會(huì)影響下墨量。 刀口： 刀口是完成膠刮發(fā)揮四大功能的重要部份。膠刮的銳利度是最初控制下墨量的一個(gè)因素。銳利的刮刀提供最小的下墨量和最精細(xì)的圖象。鈍而圓的刀口，下墨

41、量增加，同時(shí)會(huì)影響到顏色和線條精細(xì)度。 在用透明油印刷大面積和簡(jiǎn)單圖案時(shí)，顏色和線條精細(xì)度的變化不明顯。而印精細(xì)線條和四色網(wǎng)點(diǎn)時(shí)，用半透明（UV）和透明油墨，你會(huì)很快發(fā)現(xiàn)刀口的變形，將印刷的第一張和最后一張加以比較，可確定出膠刮何時(shí)應(yīng)打磨。 膠刮的品種選擇既然是印刷質(zhì)量控制的重要部分，對(duì)膠刮的保養(yǎng)也是保證膠刮正常使用的重要環(huán)節(jié)。保證膠刮品質(zhì)的最好方法是通過(guò)清晰的流程明確對(duì)膠刮印刷前和印刷后的保養(yǎng)以及如何打磨膠刮。 1.儲(chǔ)存膠刮時(shí)要平放，不可卷成圈，卷成圈可能會(huì)造成永久彎曲。 2.鋁刮柄應(yīng)朝下放置，不可將刀口朝下放置。 3.剛印刷完畢就要立即清洗膠刮，此時(shí)很容易洗掉油墨，否則要擦掉干結(jié)的油墨會(huì)損

42、傷刀口。 4.不可將膠刮浸泡在溶劑中。盡管膠刮是耐溶劑的但膠刮會(huì)因吸收溶劑而變脆。 5.剛清洗完的膠刮依然軟、溶劑未完全揮發(fā)，不可立即打磨。經(jīng)過(guò)12小時(shí)到24小時(shí)的“休復(fù)”后才可再次使用。這樣不僅可以提高打磨效果也可提高印刷效果。 6.根據(jù)具體的印刷質(zhì)量要求要經(jīng)常打磨膠刮，清洗和打磨時(shí)，要盡可能減少膠刮的損耗。錫膏材料建議轉(zhuǎn)向Sn62錫膏的使用，作為解決Sn63/Pb37熔化時(shí)高表面張力問(wèn)題 的解決方案，因?yàn)樵摬牧鲜荍形引腳元件高品質(zhì)焊接點(diǎn)的障礙。還有，由于惰性(利用氮?dú)?環(huán)境趨向于增加表面張力，因此由J形引腳的邊緣共面性所引起的開路類型的缺陷可以通過(guò)Sn62錫膏在空氣環(huán)境里來(lái)防止。如果裝配上

43、翅形引腳元件占大多數(shù)，錫橋是一個(gè)問(wèn)題，那么希望表面張力大一點(diǎn)，Sn63錫膏的保持力和非氧化氣氛可使熔化的錫被“拉”回到引腳上。 杜幫公司介紹了一種新的、溫柔的氫氟碳(HFC, hydrofluorocarbon)去助焊劑的介質(zhì)，用于清除殘留松香和由較新的低固(免洗)助焊劑與錫膏留下的離子污染。由HFC43-10、反式 1, 2二氯乙烯(trans 1, 2-dichloroethylene)、環(huán)戊烷(cyclopentane)、甲醇(methanol)和穩(wěn)定劑(stabilizer)組成的溶劑，與許多塑料、共形涂層和元件標(biāo)記墨水都兼容。據(jù)說(shuō)，添加這種很溫柔的碳水化合物，減少那些更具侵蝕性的殘留

44、物的集中，同時(shí)具有零臭氧損耗、低全球警告與低毒性特征，不可燃燒。 開發(fā)出一種免洗錫膏，使用的是有機(jī)金屬熬合(organo-metallic chelation)的化學(xué)品，dendrimer polymer作催化劑。據(jù)說(shuō)，這種化合物是即可代用的材料，提供良好的化學(xué)、物理與冶金特性，用于延長(zhǎng)錫膏粘性壽命和改善印刷特性。該錫膏叫做NC-559，由兩部分組成：合成松香和催化劑系統(tǒng)。催化劑已暫停在溶劑中使用，因?yàn)槠鋼?jù)有較高的極性吸引聚合物網(wǎng)，在回流焊接過(guò)程中，與被消耗的聚合物一起使得不能形成恒沸物質(zhì)。揮發(fā)性的部分與被消耗的一部催化劑系統(tǒng)一起被帶走?；亓骱负蟮臍埩粑?，和傳統(tǒng)的免洗錫膏比較，是非腐蝕性的、非

45、導(dǎo)電的和不吸濕的。其結(jié)果一種堅(jiān)硬、清潔、非粘性和化學(xué)上良性的表面，而不是那些可能造成回流焊后殘留物中離子污染的離子或極性物質(zhì)。 在剛好及時(shí)(JIT, just-in-入庫(kù)時(shí)間e)制造的時(shí)代，為了良好的可焊性控制，對(duì)空板的庫(kù)存可能比實(shí)際的大一點(diǎn)，盡管成本考慮要求大批量的采購(gòu)。為了防止倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)存的板在焊盤上積累氧化的趨向，裝配制造商被迫在一個(gè)適當(dāng)?shù)臅r(shí)間內(nèi)組裝和焊接電路板，這個(gè)步驟有賴于良好的生意狀況。因此，重要的是，SMT裝配線的工藝工程師與采購(gòu)及管理人員一起工作，來(lái)決定空板的安全儲(chǔ)存壽命。可焊性測(cè)試可以決定這個(gè)期限是多少，以便確保高合格率裝配制造的最重要的一環(huán) 在焊接之前免使板受到污染。 對(duì)密腳元

46、件的最終貼裝，在空板上載運(yùn)固體焊錫沉淀(SSD, solid solder deposit)是一種達(dá)到6，和無(wú)缺陷工藝的新方法。該技術(shù)使用一種干膠片(dry-film)阻焊材料，在元件焊盤上提供正確長(zhǎng)度、寬度和間距的開孔，來(lái)接納錫膏。在回流之后，板通過(guò)清洗，沉淀變平成為錫“磚”，因此引腳可坐落而沒(méi)有滑動(dòng)(圖一)。通過(guò)絲印過(guò)程，將松香基的、粘性膠狀的助焊劑印在焊盤上，板送給裝配制造商準(zhǔn)備元件貼裝。另一方面，如果用聚脂薄膜覆蓋，板可儲(chǔ)存達(dá)到一年的時(shí)間，并還保持良好的可焊性。 無(wú)鉛焊錫怎樣保證焊接點(diǎn)的品質(zhì)？將鎳/鈀和鎳/鈀/金的無(wú)鉛焊錫回流性能與那些傳統(tǒng)的Sn/Pb材料比較，對(duì)可替代合金進(jìn)行評(píng)估。測(cè)

47、試包括接觸角、引腳拉伸、溫度循環(huán)、截面(對(duì)斷裂)和熔濕平衡。雖然只發(fā)現(xiàn)熔濕平衡的輕微改進(jìn)(還有金層的增加成本)，總的來(lái)看，在焊接點(diǎn)成型品質(zhì)方面，替代合金相當(dāng)于或超過(guò)錫/鉛焊錫的性能。錫膏印刷“即使是最好的錫膏、設(shè)備和應(yīng)用方法，也不一定充分保證得到可接受的結(jié)果。使用者必須控制工藝過(guò)程和設(shè)備變量，以達(dá)到良好的印刷品質(zhì)?！痹诒砻尜N裝裝配的回流焊接中，錫膏用于表面貼裝元件的引腳或端子與焊盤之間的連接。有許多變量，如錫膏、絲印機(jī)、錫膏應(yīng)用方法和印刷工藝過(guò)程。在印刷錫膏的過(guò)程中，基板放在工作臺(tái)上，機(jī)械地或真空夾緊定位，用定位銷或視覺來(lái)對(duì)準(zhǔn)?；蛘呓z網(wǎng)(screen)或者模板(stencil)用于錫膏印刷。本

48、文將著重討論幾個(gè)關(guān)鍵的錫膏印刷問(wèn)題，如模板設(shè)計(jì)和印刷工藝過(guò)程。 印刷工藝過(guò)程與設(shè)備 在錫膏印刷過(guò)程中，印刷機(jī)是達(dá)到所希望的印刷品質(zhì)的關(guān)鍵。今天可購(gòu)買到的絲印機(jī)分為兩種主要類型：實(shí)驗(yàn)室與生產(chǎn)。每個(gè)類型有進(jìn)一步的分類，因?yàn)槊總€(gè)公司希望從實(shí)驗(yàn)室與生產(chǎn)類型的印刷機(jī)得到不同的性能水平。例如，一個(gè)公司的研究與開發(fā)部門(R&D)使用實(shí)驗(yàn)室類型制作產(chǎn)品原型，而生產(chǎn)則會(huì)用另一種類型。還有，生產(chǎn)要求可能變化很大，取決于產(chǎn)量。因?yàn)榧す馇懈钤O(shè)備是不可能分類的，最好是選擇與所希望的應(yīng)用相適應(yīng)的絲印機(jī)。 在手工或半自動(dòng)印刷機(jī)中，錫膏是手工地放在模板/絲網(wǎng)上，這時(shí)印刷刮板(squeegee)處于模板的另一端。在自動(dòng)印刷機(jī)中

49、，錫膏是自動(dòng)分配的。在印刷過(guò)程中，印刷刮板向下壓在模板上，使模板底面接觸到電路板頂面。當(dāng)刮板走過(guò)所腐蝕的整個(gè)圖形區(qū)域長(zhǎng)度時(shí)，錫膏通過(guò)模板/絲網(wǎng)上的開孔印刷到焊盤上。 在錫膏已經(jīng)沉積之后，絲網(wǎng)在刮板之后馬上脫開(snap off)，回到原地。這個(gè)間隔或脫開距離是設(shè)備設(shè)計(jì)所定的，大約0.0200.040。脫開距離與刮板壓力是兩個(gè)達(dá)到良好印刷品質(zhì)的與設(shè)備有關(guān)的重要變量。 如果沒(méi)有脫開，這個(gè)過(guò)程叫接觸(on-contact)印刷。當(dāng)使用全金屬模板和刮刀時(shí)，使用接觸印刷。非接觸(off-contact)印刷用于柔性的金屬絲網(wǎng)。 刮板(squeegee)類型 刮板的磨損、壓力和硬度決定印刷質(zhì)量，應(yīng)該仔細(xì)監(jiān)

50、測(cè)。對(duì)可接受的印刷品質(zhì)，刮板邊緣應(yīng)該鋒利和直線。刮板壓力低造成遺漏和粗糙的邊緣，而刮板壓力高或很軟的刮板將引起斑點(diǎn)狀的(smeared)印刷，甚至可能損壞刮板和模板或絲網(wǎng)。過(guò)高的壓力也傾向于從寬的開孔中挖出錫膏，引起焊錫圓角不夠。 常見有兩種刮板類型：橡膠或聚氨酯(polyurethane)刮板和金屬刮板。當(dāng)使用橡膠刮板時(shí)，使用70-90橡膠硬度計(jì)(durometer)硬度的刮板。當(dāng)使用過(guò)高的壓力時(shí)，滲入到模板底部的錫膏可能造成錫橋，要求頻繁的底部抹擦。為了防止底部滲透，焊盤開口在印刷時(shí)必須提供密封(gasketing)作用。這取決于模板開孔壁的粗糙度。 金屬刮刀也是常用的。隨著更密間距元件的

51、使用，金屬刮刀的用量在增加。它們由不銹鋼或黃銅制成，具有平的刀片形狀，使用的印刷角度為3045。一些刮刀涂有潤(rùn)滑材料。因?yàn)槭褂幂^低的壓力，它們不會(huì)從開孔中挖出錫膏，還因?yàn)槭墙饘俚模鼈儾幌笙鹉z刮板那樣容易磨損，因此不需要鋒利。它們比橡膠刮板成本貴得多，并可能引起模板磨損。 使用不同的刮板類型在使用標(biāo)準(zhǔn)元件和密腳元件的印刷電路裝配(PCA)中是有區(qū)分的。錫膏量的要求對(duì)每一種元件有很大的不同。密間距元件要求比標(biāo)準(zhǔn)表面貼裝元件少得多的焊錫量。焊盤面積和厚度控制錫膏量。 一些工程師使用雙厚度的模板來(lái)對(duì)密腳元件和標(biāo)準(zhǔn)表面貼裝焊盤施用適當(dāng)?shù)腻a膏數(shù)量。其它工程師采用一種不同的方法 - 他們使用不需要經(jīng)常鋒利

52、的更經(jīng)濟(jì)的金屬刮刀。用金屬刮刀更容易防止錫膏沉積量的變化，但這種方法要求改良的模板開孔設(shè)計(jì)來(lái)防止在密間距焊盤上過(guò)多的錫膏沉積。這個(gè)方法在工業(yè)上變得更受歡迎，但是，使用雙厚度印刷的橡膠刮板也還沒(méi)有消失。 模板(stencil)類型 重要的印刷品質(zhì)變量包括模板孔壁的精度和光潔度。保存模板寬度與厚度的適當(dāng)?shù)目v橫比(aspect ratio)是重要的。推薦的縱橫比為1.5。這對(duì)防止模板阻塞是重要。一般，如果縱橫比小于1.5，錫膏會(huì)保留在開孔內(nèi)。除了縱橫比之外，如IPC-7525模板設(shè)計(jì)指南所推薦的，還要有大于0.66的面積比(焊盤面積除以孔壁面積)。IPC-7525可作為模板設(shè)計(jì)的一個(gè)良好開端。 制作

53、開孔的工藝過(guò)程控制開孔壁的光潔度和精度。有三種常見的制作模板的工藝：化學(xué)腐蝕、激光切割和加成(additive)工藝。 化學(xué)腐蝕(chemically etched)模板 金屬模板和柔性金屬模板是使用兩個(gè)陽(yáng)性圖形通過(guò)從兩面的化學(xué)研磨來(lái)蝕刻的。在這個(gè)過(guò)程中，蝕刻不僅在所希望的垂直方向進(jìn)行，而且在橫向也有。這叫做底切(undercutting) - 開孔比希望的較大，造成額外的焊錫沉積。因?yàn)?0/50從兩面進(jìn)行蝕刻，其結(jié)果是幾乎直線的孔壁，在中間有微微沙漏形的收窄。 因?yàn)殡娢g刻模板孔壁可能不平滑，電拋光，一個(gè)微蝕刻工藝，是達(dá)到平滑孔壁的一個(gè)方法。另一個(gè)達(dá)到較平滑孔壁的方法是鍍鎳層(nickel p

54、lating)。拋光或平滑的表面對(duì)錫膏的釋放是好的，但可能引起錫膏越過(guò)模板表面而不在刮板前滾動(dòng)。這個(gè)問(wèn)題可通過(guò)選擇性地拋光孔壁而不是整個(gè)模板表面來(lái)避免。鍍鎳進(jìn)一步改善平滑度和印刷性能?？墒牵鼫p小了開孔，要求圖形調(diào)整 激光切割(laser-cut)模板 激光切割是另一種減去(subtractive)工藝，但它沒(méi)有底切問(wèn)題。模板直接從Gerber數(shù)據(jù)制作，因此開孔精度得到改善。數(shù)據(jù)可按需要調(diào)整以改變尺寸。更好的過(guò)程控制也會(huì)改善開孔精度。激光切割模板的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是孔壁可成錐形?；瘜W(xué)蝕刻的模板也可以成錐形，如果只從一面腐蝕，但是開孔尺寸可能太大。板面的開口稍微比刮板面的大一點(diǎn)的錐形開孔(0.0010

55、.002，產(chǎn)生大約2的角度)，對(duì)錫膏釋放更容易。 激光切割可以制作出小至0.004的開孔寬度，精度達(dá)到0.0005，因此很適合于超密間距(ultra-fine-pitch)的元件印刷。激光切割的模板也會(huì)產(chǎn)生粗糙的邊緣，因?yàn)樵谇懈钇陂g汽化的金屬變成金屬渣。這可能引起錫膏阻塞。更平滑的孔壁可通過(guò)微蝕刻來(lái)產(chǎn)生。激光切割的模板如果沒(méi)有預(yù)先對(duì)需要較薄的區(qū)域進(jìn)行化學(xué)腐蝕，就不能制成臺(tái)階式多級(jí)模板。激光一個(gè)一個(gè)地切割每一個(gè)開孔，因此模板成本是要切割的開孔數(shù)量而定。 電鑄成型(electroformed)模板 制作模板的第三種工藝是一種加成工藝，最普遍地叫做電鑄成型。在這個(gè)工藝中，鎳沉積在銅質(zhì)的陰極心上以形成

56、開孔。一種光敏干膠片疊層在銅箔上(大約0.25厚度)。膠片用紫外光通過(guò)有模板圖案的遮光膜進(jìn)行聚合。經(jīng)過(guò)顯影后，在銅質(zhì)心上產(chǎn)生陰極圖案，只有模板開孔保持用光刻膠(photoresist)覆蓋。然后在光刻膠的周圍通過(guò)鍍鎳形成了模板。在達(dá)到所希望的模板厚度后，把光刻膠從開孔除掉。電鑄成型的鎳箔通過(guò)彎曲從銅心上分開 - 一個(gè)關(guān)鍵的工藝步驟?，F(xiàn)在箔片準(zhǔn)備好裝框，制作模板的其它步驟。 電鑄成型臺(tái)階式模板可以做得到，但成本增加。由于可達(dá)到精密的公差，電鑄成型的模板提供良好的密封作用，減少了模板底面的錫膏滲漏。這意味著模板底面擦拭的頻率顯著地降低，減少潛在的錫橋。 結(jié)論 化學(xué)腐蝕和激光切割是制作模板的減去工藝。化學(xué)蝕刻工藝是最老的、使用最廣的。激光切割相對(duì)較新，而電鑄成型模板是最新時(shí)興的東西。 為了達(dá)到良好的印刷結(jié)果，必須有正確的錫膏材料(黏度、金屬含量、最大粉末尺寸和盡可能最低的助焊劑活性)、正確的工具(印刷機(jī)、模板和刮刀)和正確的工藝過(guò)程(良好的定位、清潔拭擦)的結(jié)合。錫膏的機(jī)械特性焊錫的三個(gè)基本的機(jī)械特性包括應(yīng)力對(duì)應(yīng)力特性、懦變阻抗和疲勞阻抗。 雖然應(yīng)力可通過(guò)張力、壓力或剪切力產(chǎn)生，大多數(shù)合金的剪切力比張力或壓力要弱。剪