印刷焊膏技術(shù)講解課件

1-印刷焊膏技術(shù)顧靄云

2009年內(nèi)容1.工藝目的2.施加焊膏要求3.印刷焊膏的原理4.影響印刷質(zhì)量的主要因素5.提高印刷質(zhì)量的措施焊膏印刷是保證SMT質(zhì)量的關(guān)鍵工序。據(jù)資料統(tǒng)計，在PCB設(shè)計正確、元器件和印制板質(zhì)量有保證的前提下，表面組裝質(zhì)量問題中有70%的質(zhì)量問題出在印刷工藝。1.工藝目的把適量的焊膏均勻地施加在PCB的焊盤上,以保證貼片元器件與PCB相對應(yīng)的焊盤達到良好的電氣連接并具有足夠的機械強度。2.施加焊膏要求(a)焊膏量均勻一致性好。焊膏圖形清晰,相鄰圖形之間盡量不粘連。焊膏圖形與焊盤圖形要盡量不要錯位。(b)在一般情況下，焊盤上單位面積的焊膏量應(yīng)為0.8mg/mm2左右。對窄間距元器件，應(yīng)為0.5mg/mm2左右。(c)印刷在基板上的焊膏與希望重量值相比，允許有一定的偏差，焊膏覆蓋焊盤的面積，應(yīng)在75%以上。(d)焊膏印刷后應(yīng)無嚴重塌落，邊緣整齊，錯位不大于0.2mm，對窄間距元器件焊盤，錯位不大于0.1mm。(e)基板不允許被焊膏污染。

SJ/T10670標準免清洗要求無鉛要求

焊膏缺陷3.印刷焊膏的原理焊膏和貼片膠都是觸變流體，具有粘性。當(dāng)刮刀以一定速度和角度向前移動時，對焊膏產(chǎn)生一定的壓力，推動焊膏在刮板前滾動，產(chǎn)生將焊膏注入網(wǎng)孔或漏孔所需的壓力，焊膏的粘性摩擦力使焊膏在刮板與網(wǎng)板交接處產(chǎn)生切變，切變力使焊膏的粘性下降，使焊膏順利地注入網(wǎng)孔或漏孔。刮板焊膏模板PCBa焊膏在刮板前滾動前進b產(chǎn)生將焊膏注入漏孔的壓力c切變力使焊膏注入漏孔

X

YF刮刀的推動力F可分解為推動焊膏前進分力X和將焊膏注入漏孔的壓力Yd焊膏釋放（脫模）

焊膏印刷原理示意圖

焊膏在刮板前滾動，才能產(chǎn)生將焊膏注入開口的壓力刮板焊膏

印刷時焊膏填充模板開口的情況脫模焊膏滾動3.1影響焊膏脫模質(zhì)量的因素(a)模板開口尺寸：開口面積B與開口壁面積A比＞0.66時焊膏釋放（脫模）順利。

面積比＞0.66，焊膏釋放體積百分比＞80%

面積比＜0.5，焊膏釋放體積百分比＜60%(b)焊膏黏度：焊膏與PCB焊盤之間的粘合力Fs＞焊膏與開口壁之間的摩擦力Ft時焊膏釋放順利。(c)開口壁的形狀和光滑度：開口壁光滑、喇叭口向下或垂直時焊膏釋放順利。

放大后的焊膏印刷脫模示意圖Fs——焊膏與PCB焊盤之間的粘合力：與開口面積、焊膏黏度有關(guān)Ft——焊膏與開口壁之間的摩檫阻力：與開口壁面積、光滑度有關(guān)A——焊膏與模板開口壁之間的接觸面積；B——焊膏與PCB焊盤之間的接觸面積(開口面積)PCB開口壁面積A開口面積B

(a)垂直開口(b)喇叭口向下(c)喇叭口向上易脫模易脫模脫模差

模板開口形狀示意圖3.2刮刀材料、形狀及印刷方式(a)刮刀材料

①橡膠（聚胺酯）刮刀橡膠刮刀有一定的揉性，用于絲網(wǎng)印刷以及模板表面不太平整、例如經(jīng)過減薄處理（有凹面）或印制板上已經(jīng)做好倒裝片的（模板上加工了凸起保護）模板印刷。橡膠刮刀的硬度：肖氏（shore）75度~85度。

②金屬刮刀金屬刮刀耐磨、使用壽命長（約10萬次，是聚胺酯的10倍左右）。用于平整度好的金屬模板印刷；適宜各種間距、密度的印刷，特別對窄間距、高密度印刷質(zhì)量比較高，而且使用壽命長，應(yīng)用最廣泛。

(b)刮刀形狀和結(jié)構(gòu)橡膠刮刀的形狀有菱形和拖尾形兩種。菱形刮刀——是將10mm×10mm的方形聚胺脂夾在支架中間，前后呈45°角。菱形刮刀可采用單刮刀作雙向印刷。刮刀在每個行程末端可跳過焊膏。菱形刮刀的焊膏量不易控制，并容易污染刮刀頭。拖尾形刮刀——一般都采用雙刮刀形式。刮刀的角度一般為45°~60°。各種不同形狀的刮刀RUBMET橡膠刮刀金屬刮刀橡膠＋金屬刮刀

各種常用的刮刀

(d)印刷方式

①單向印刷（刮刀只能作一個方向印刷）單向印刷時有一塊刮刀是印刷用的，另一塊刮刀是作為回料用的；

②雙向印刷雙向印刷時兩塊刮板進行交替往返印刷。傳統(tǒng)的印刷方式——都是開放式印刷，焊膏暴露在空氣中，在刮刀的推動下在模板表面來回滾動。有單向印刷和雙向印刷兩種印刷方式。新型的印刷方式——隨著SMT向高密度、窄間距、無鉛焊接的發(fā)展，對印刷精度、速度以及印刷質(zhì)量有了進一步的要求。印刷設(shè)備和技術(shù)也在不斷地改進和發(fā)展。出現(xiàn)了各種密封式的印刷技術(shù)。最初有英國DEK公司和美國MPM公司推出的刮刀旋轉(zhuǎn)45°以及密封式ProFlow（捷流）導(dǎo)流包印刷技術(shù)。最近日本Minami公司和Hitachi公司相繼推出了單向旋轉(zhuǎn)和雙向密閉型印刷技術(shù)。這些新技術(shù)適合免清洗、無鉛焊接、高密度、高速度印刷的要求。(a)傳統(tǒng)開放式(b)單向旋轉(zhuǎn)式(c)固定壓入式(d)雙向密閉型各種不同形式的印刷技術(shù)示意圖4.影響印刷質(zhì)量的主要因素(a)首先是模板質(zhì)量——模板印刷是接觸印刷，因此模板厚度與開口尺寸確定了焊膏的印刷量。焊膏量過多會產(chǎn)生橋接，焊膏量過少會產(chǎn)生焊錫不足或虛焊。模板開口形狀以及開口是否光滑也會影響脫模質(zhì)量。(b)其次是焊膏質(zhì)量——焊膏的黏度、印刷性（滾動性、轉(zhuǎn)移性）、觸變性、常溫下的使用壽命等都會影響印刷質(zhì)量。(c)印刷工藝參數(shù)——刮刀速度、刮刀壓力、刮刀與網(wǎng)板的角度以及焊膏的黏度之間都存在一定的制約關(guān)系，因此只有正確控制這些參數(shù)，才能保證焊膏的印刷質(zhì)量。(d)設(shè)備精度方面——在印刷高密度窄間距產(chǎn)品時，印刷機的印刷精度和重復(fù)印刷精度也會起一定的作用。(e)環(huán)境溫度、濕度、以及環(huán)境衛(wèi)生——環(huán)境溫度過高會降低焊膏黏度，濕度過大時焊膏會吸收空氣中的水分，濕度過小時會加速焊膏中溶劑的揮發(fā)，環(huán)境中灰塵混入焊膏中會使焊點產(chǎn)生針孔。（一般要求環(huán)境溫度23±3℃，相對濕度45~70%）從以上分析中可以看出，影響印刷質(zhì)量的因素非常多，而且印刷焊膏是一種動態(tài)工藝。①焊膏的量隨時間而變化，如果不能及時添加焊膏的量，會造成焊膏漏印量少，圖形不飽滿。②焊膏的黏度和質(zhì)量隨時間、環(huán)境溫度、濕度、環(huán)境衛(wèi)生而變化；③模板底面的清潔程度及開口內(nèi)壁的狀態(tài)不斷變化；

……5.提高印刷質(zhì)量的措施

(1)加工合格的模板

(2)選擇適合工藝要求的焊膏并正確使用焊膏

(3)印刷工藝控制(1)加工合格的模板

模板厚度與開口尺寸基本要求:（IPC7525標準）

TW

L

寬厚比:開口寬度(W)/模板厚度(T)＞1.5(無鉛＞1.6)

面積比:開口面積(W×L)/孔壁面積[2×(L+W)×T]＞0.66(無鉛＞0.71)蝕刻鋼板：過度蝕刻或蝕刻不足過度蝕刻開口變大蝕刻不足開口變小孔壁粗糙影響焊膏釋放窄間距時可采用激光+電拋光工藝模板開口方向與刮刀移動方向與刮刀移動方向垂直的模板開口，因刮刀通過的時間短，焊膏難以被填入，常造成焊膏量不足。因此，為了使與刮刀移動方向垂直與平行的模板開口的焊膏量相等，應(yīng)加大垂直方向的模板開口尺寸。模板開口長度方向與刮刀移動方向垂直模板開口長度方向與刮刀移動方向平行平行垂直(2)焊膏的選擇方法不同的產(chǎn)品要選擇不同的焊膏。（a）根據(jù)產(chǎn)品本身的價值和用途，高可靠產(chǎn)品選擇高質(zhì)量的焊膏。（b）根據(jù)PCB和元器件存放時間和表面氧化程度選擇焊膏的活性。一般采用RMA級；高可靠性產(chǎn)品選擇R級；PCB、元器件存放時間長，表面嚴重氧化，應(yīng)采用RA級，焊后清洗。（c）根據(jù)組裝工藝、印制板、元器件的具體情況選擇合金組分。一般鍍鉛錫印制板采用63Sn/37Pb；鈀金或鈀銀厚膜端頭和引腳可焊性較差的元器件、要求焊點質(zhì)量高的印制板采用62Sn/36Pb/2Ag；水金板一般不要選擇含銀的焊膏；(金與焊料中的錫形成金錫間共價化合物AuSn4，焊料中金的含量超過3%會使焊點變脆，用于焊接的金層厚度≤1μm)。無鉛工藝一般選擇Sn-Ag-Cu合金焊料。（d）根據(jù)產(chǎn)品對清潔度的要求來選擇是否采用免清洗。免清洗工藝要選用不含鹵素或其它弱腐蝕性化合物的焊膏；高可靠、航天、軍工、儀器儀表以及涉及生命安全的醫(yī)用器材要采用水清洗或溶劑清洗的焊膏，焊后必須清洗干凈。（e）BGA和CSP一般都需要采用高質(zhì)量的免清洗焊膏；（f）焊接熱敏元件時，應(yīng)選用含鉍的低熔點焊膏。常用合金粉末的類型和顆粒尺寸

分為六種粒度等級（原四種）

（目前已推出適應(yīng)高密度的<20μm微粉顆粒）合金粉末類型80%以上粉末顆粒尺寸（μm）＜0.005%的粉末尺寸（μm）

﹡質(zhì)量＜1%的粉末尺寸（μm）＜10%的微粉顆粒尺寸（μm）1150~75＞180＞150＜20275~45＞90＞75＜20345~25＞53＞45＜20438~20＞45＞38＜20525~15＞32＞25＜15615~5＞25＞15＜5注：“﹡”表示此項為可選項目，經(jīng)供需雙方同意，此要求可不作考核。（g）根據(jù)PCB的組裝密度（有無窄間距）來選擇合金粉末顆粒度如何選擇合金粉末顆粒度根據(jù)組裝密度（有無窄間距）來選擇合金粉末顆粒度一般焊料顆粒最大直徑約為模板最小開口尺寸的1/5；窄間距時一般選擇25~45μm。

SMD引腳間距和焊料顆粒的關(guān)系焊膏的合金粉末顆粒尺寸與印刷性的關(guān)系

焊膏的合金粉末顆粒尺寸直接影響填充性和脫膜性

細小顆粒的焊膏印刷性比較好，特別對于高密度、窄間距的產(chǎn)品，由于模板開口尺寸小，必須采用小顆粒合金粉末，否則會影響印刷性和脫摸性。小顆粒合金粉的優(yōu)點：印刷性好，印刷圖形的清晰度高。缺點：易塌邊，表面積大，易被氧化。合金粉末顆粒直徑選擇原則a焊料顆粒最大直徑≤模板最小開口寬度的1/5；b圓形開口時，焊料顆粒最大直徑≤開口直徑的1/8。

長方形圓形開口c模板開口厚度（垂直）方向，最大顆粒數(shù)應(yīng)≥3個。焊膏焊盤PCB

（h）合金粉末的形狀也會影響焊膏的印刷性和脫膜性球形顆粒的特點：焊膏粘度較低，印刷性好。球形顆粒的表面積小，含氧量低，有利于提高焊接質(zhì)量，但印刷后焊膏圖形容易塌落。適用于高密度窄間距的模板印刷，滴涂工藝。目前一般都采用球形顆粒。不定形顆粒的特點：合金粉末組成的焊膏粘度高，印刷后焊膏圖形不易塌落，但印刷性較差。不定形顆粒的表面積大，含氧量高，影響焊接質(zhì)量和焊點亮度。只適用于組裝密度較低的場合。因此目前一般都不采用不定形顆粒。可用于穿心電容等較大焊接點場合。（i）根據(jù)施加焊膏的工藝以及組裝密度選擇焊膏的黏度

例如模板印刷工藝應(yīng)選擇高黏度焊膏、點膠工藝選擇低黏度焊膏，高密度印刷要求高黏度。焊膏粘度粘度焊膏是一種觸變性流體，在外力的作用下能產(chǎn)生流動粘度是焊膏的主要特性指標，它是影響印刷性能的重要因素：粘度太大，焊膏不易穿出模板的漏孔，印出的圖形殘缺不全。粘度太小，印刷后焊膏圖形容易塌邊。影響焊膏粘度的主要因素：①合金焊料粉的百分含量：（合金含量高，粘度就大；焊劑百分含量高，粘度就小）②粉末顆粒度（顆粒大，粘度減??；顆粒減小，粘度增加）③溫度（溫度增加，粘度減?。粶囟冉档?，粘度增加）(a)合金焊料粉含量與黏度的關(guān)系(b)溫度對黏度的影響(c)合金粉末粒度對黏度的影響η粘度η粘度η粘度合金粉末含量（wt%）T（℃）粒度（μm）(a)(b)(c)

觸變指數(shù)和塌落度焊膏是觸變性流體，焊膏的塌落度主要與焊膏的粘度和觸變性有關(guān)。觸變指數(shù)高，塌落度??；觸變指數(shù)低，塌落度大。影響觸變指數(shù)和塌落度主要因素：①合金焊料與焊劑的配比，即合金粉末在焊膏中的重量百分含量；②焊劑載體中的觸變劑性能和添加量；③顆粒形狀、尺寸。工作壽命和儲存期限工作壽命是指在室溫下連續(xù)印刷時，焊膏的粘度隨時間變化小，焊膏不易干燥，印刷性（滾動性）穩(wěn)定；同時焊膏從被涂敷到PCB上后到貼裝元器件之前保持粘結(jié)性能；再流焊不失效。一般要求在常溫下放置12~24小時，至少4小時，其性能保持不變。儲存期限是指在規(guī)定的保存條件下，焊膏從生產(chǎn)日期到使用前性能不嚴重降低，能不失效的正常使用之前的保存期限，一般規(guī)定在2~10℃下保存一年，至少3~6個月。(2)焊膏的正確使用與管理a)必須儲存在2~10℃的條件下；b)要求使用前一天從冰箱取出焊膏（至少提前2小時），待焊膏達到室溫后才能打開容器蓋，防止水汽凝結(jié)；c)使用前用不銹鋼攪拌棒將焊膏攪拌均勻，攪拌棒一定要清潔；d)添加完焊膏后，應(yīng)蓋好容器蓋；e)免清洗焊膏不能使用回收的焊膏，如果印刷間隔超過1小時，須將焊膏從模板上拭去。將焊膏回收到當(dāng)天使用的容器中；f)印刷后盡量在4小時內(nèi)完成再流焊。g)免清洗焊膏修板后(如果不使用助焊劑)不能用酒精檫洗；h)需要清洗的產(chǎn)品，再流焊后應(yīng)當(dāng)天完成清洗；i)印刷操作時，要求拿PCB的邊緣或帶手套，以防污染PCB。j)回收的焊膏與新焊膏要分別存放為什么首次印刷需要潤濕模板？

（特別是窄間距、高密度板）攪拌前攪拌后(3)印刷工藝控制①

圖形對準——通過人工對工作臺或?qū)δ０遄鱔、Y、θ的精細調(diào)整，使PCB的焊盤圖形與模板漏孔圖形完全重合。②

刮刀與網(wǎng)板的角度——角度越小，向下的壓力越大，容易將焊膏注入漏孔中，但也容易使焊膏污染模板底面，造成焊膏圖形粘連。一般為45~60°。目前自動和半自動印刷機大多采用60°。③焊膏的投入量（滾動直徑）

焊膏的滾動直徑∮h

≈9~15mm較合適∮h過小不利于焊膏漏?。ㄓ∷⒌奶畛湫裕觝過大，過多的焊膏長時間暴露在空氣中不斷滾動，對焊膏質(zhì)量不利。

焊膏的投入量應(yīng)根據(jù)刮刀的長度加入。根據(jù)PCB組裝密度（每快PCB的焊膏用量），估計出印刷100快還是150快添加一次焊膏。刮刀運動方向∮h焊膏高度（滾動直徑）④刮刀壓力——刮刀壓力也是影響印刷質(zhì)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，可能會發(fā)生兩種情況：第①種情況是由于刮刀壓力小，刮刀在前進過程中產(chǎn)生的向下的Y分力也小，會造成漏印量不足；第②種情況是由于刮刀壓力小，刮刀沒有緊貼模板表面，印刷時由于刮刀與PCB之間存在微小的間隙，因此相當(dāng)于增加了印刷厚度。另外壓力過小會使模板表面留有一層焊膏，容易造成圖形粘連等印刷缺陷。因此理想的刮刀壓力應(yīng)該恰好將焊膏從模板表面刮干凈。金屬刮刀的壓力應(yīng)比橡膠刮刀的壓力大一些，一般大1.2~1.5倍。橡膠刮刀的壓力過大，印刷時刮刀會壓入開口中，造成印刷量減少，特別是大尺寸的開口。因此加工模板時，可將大開口中間加一條小筋(架橋)。注意：緊固金屬刮刀時，緊固程度要適當(dāng)。用力過大由于應(yīng)力會造成刮刀變形，影響刮刀壽命。金屬刮刀橡膠刮刀⑤印刷速度——由于刮刀速度與焊膏的粘稠度呈反比關(guān)系