SMT锡膏印刷技术.ppt

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1、锡膏印刷技术,1,焊接是一个比较复杂的物理、化学过程，当用焊锡焊接金属时，随着电烙铁的加热和焊剂的帮助，焊锡先对焊接表面产生润湿，并逐渐向金属扩散，在焊锡与金属的接触面形成附着层，冷却后即形成牢因可靠的金属合金。,焊接？,2,一.施加焊膏工艺,3,施加焊膏是SMT的关键工序,施加焊膏是保证SMT质量的关键工序。目前一般都采用模板印刷。据资料统计，在PCB设计正确、元器件和印制板质量有保证的前提下，表面组装质量问题中有60%-80%的质量问题出在印刷工艺。,4,5,焊接学中，习惯上将焊接温度低于450的焊接称为软焊料。电子线路的焊接温度通常在180300之间，所用焊料的要成分是锡和铅，故又称为锡

2、铅焊料。,焊膏?,以锡铅合金为主，有的锡焊料还含少量的锑。含铅37，锡63%的锡合金俗称焊锡，熔点约183。这是最普遍的锡铅焊。,锡膏是由合金焊料粉和糊状助焊剂均匀搅拌而成的膏状体.,合金类型 熔化温度 再流焊温度Sn63/Pb37183 208-223Sn60/Pb40183-190 210-220Sn50/Pb50183-216236-246Sn45/Pb55183-227247-257Sn40/Pb60183-238258-268Sn30/Pb70183-255275-285Sn25/Pb75183-266286-296Sn15/Pb85227-288308-318,不同熔点锡膏的再流焊

3、温度,7,焊膏?,惰性气体中将熔融的焊料雾化制成微细的粒状金属。焊膏中金属粉末的颗粒形状有2种：即球形、不定形。焊膏中金属粉末的颗粒细度在2075微米。一般来说，焊膏颗粒细度选择的依据是：最小尺寸的金属漏版开孔应能允许同时通过34个颗粒，对于精细间距的元器件应选用颗粒细度在2040微米之间的球形焊膏。粒度越小，黏度越大；粒度过大，会使锡膏黏结性能变差。粒度太细，会由于表面积增大，使其表面含氧量增高，所以也不能采用。,8,助焊剂?,传统的助焊剂通常以松香为基体.松香具有弱酸性和热熔流动性,并具有良好的绝缘性.耐湿性.无腐蚀性.无毒性和长期稳定性,是不多得的助焊材料.通过助焊剂中活性剂的作用,能清

4、除被焊材料表面以及锡粉本身的氧化物,使焊料迅速扩散并附着在被焊金属表面.助焊剂的组成对锡膏的扩展性.润湿性.塌陷.粘度变化.清洗性.和储存寿命起决定性作用。,目前在SMT中采用的大多是以松香为基体的活性助焊剂.由于松香随着品种.产地和生产工艺的不同,其化学组成和性能有较大差异,因此,对松香优选是保证助焊剂质量的关键.通常助焊剂还包括以下成分:活性剂.成膜物质.添加剂（消光剂、光亮剂、缓蚀剂、阻燃剂）和溶剂.,助焊剂的化学组成？,(1).去除焊接表面的氧化物,防止焊接时焊锡和焊接表面的再氧化降低焊锡的表面张力.(2).熔点比焊料低,在焊料熔化之前,助焊剂要先熔化,才能充分发挥助焊作用.(3).浸

5、润扩散速度比熔化焊料快,通常要求扩展在90%左右或90%以上.(4).粘度和比重比焊料小,粘度大会使浸润扩散困难,比重大就不能覆盖焊料表面.(5).焊接时不产生焊珠飞溅,也不产生毒气和强烈的刺激性臭味.(6).焊后残渣易于去除,并具有不腐蚀.不吸湿和不导电等特性.(7).不沾性,焊接后不沾手,焊点不易拉尖.(8).在常温下贮存稳定,助焊剂应具有以下作用:,了解印刷原理，提高印刷质量,11,1.印刷焊膏的原理,焊膏和贴片胶都是触变流体，具有粘性。当刮刀以一定速度和角度向前移动时，对焊膏产生一定的压力，推动焊膏在刮板前滚动，产生将焊膏注入网孔或漏孔所需的压力，焊膏的粘性摩擦力使焊膏在刮板与网板交接

6、处产生切变，切变力使焊膏的粘性下降，使焊膏顺利地注入网孔或漏孔。,12,产生将焊膏注入漏孔的压力,切变力使焊膏注入漏孔,PCB,13,焊膏在刮板前滚动，才能产生将焊膏注入开口的压力刮板 焊膏,印刷时焊膏填充模板开口的情况,14,图1-4 放大后的焊膏印刷脱模示意图Fs焊膏与PCB焊盘之间的粘合力：与开口面积、焊膏黏度有关Ft焊膏与开口壁之间的摩檫阻力：与开口壁面积、光滑度有关A焊膏与模板开口壁之间的接触面积；B焊膏与PCB焊盘之间的接触面积(开口面积),PCB,开口壁面积A,开口面积B,15,(a)垂直开口(b)喇叭口向下(c)喇叭口向上 易脱模 易脱模 脱模差图1-5 模板开口形状示意图,1

7、6,3.刮刀材料、形状及印刷方式,(a)刮刀材料 橡胶（聚胺酯）刮刀 橡胶刮刀有一定的柔性，用于丝网印刷以及模板表面不太平整、例如经过减薄处理（有凹面）的模板印刷。橡胶刮刀的硬度：肖氏（shore）75度 85度。金属刮刀 金属刮刀耐磨、使用寿命长（约10万次，是聚胺酯的10倍左右）。用于平整度好的金属模板印刷；适宜各种间距、密度的印刷，特别对窄间距、高密度印刷质量比较高，而且使用寿命长，应用最广泛。,17,(b)刮刀形状和结构 橡胶刮刀的形状有菱形和拖尾形两种。菱形刮刀是将10mm10mm的方形聚胺脂夹在支架中间，前后呈45角。菱形刮刀可采用单刮刀作双向印刷。刮刀在每个行程末端可跳过焊膏。菱

8、形刮刀的焊膏量不易控制，并容易污染刮刀头。拖尾形刮刀一般都采用双刮刀形式。刮刀的角度一般为45 60。,18,图2-7 各种不同形状的刮刀示意图,手动刮刀,橡胶刮刀,金属刮刀,19,(d)印刷方式 单向印刷（刮刀只能作一个方向印刷）单向印刷时有一块刮刀是印刷用的，另一块刮刀是作为回料用的；双向印刷 双向印刷时两块刮板进行交替往返印刷。,20,4.影响印刷质量的主要因素,a 模板质量模板印刷是接触印刷，因此模板厚度与开口尺寸确定了焊膏的印刷量。焊膏量过多会产生桥接，焊膏量过少会产生焊锡不足或虚焊。模板开口形状以及开口是否光滑也会影响脱模质量。b 焊膏质量焊膏的黏度、印刷性（滚动性、转移性）、触变

9、性、常温下的使用寿命等都会影响印刷质量。c 印刷工艺参数刮刀速度、刮刀压力、刮刀与网板的角度以及焊膏的黏度之间都存在一定的制约关系，因此只有正确控制这些参数，才能保证焊膏的印刷质量。,21,d 设备精度方面在印刷高密度窄间距产品时，印刷机的印刷精度和重复印刷精度也会起一定的作用。e 环境温度、湿度、以及环境卫生环境温度过高会降低焊膏黏度，湿度过大时焊膏会吸收空气中的水分，湿度过小时会加速焊膏中溶剂的挥发，环境中灰尘混入焊膏中会使焊点产生针孔。（一般要求环境温度233，相对湿度4570%）,22,从以上分析中可以看出，影响印刷质量的因素非常多，而且印刷焊膏是一种动态工艺。焊膏的量随时间而变化，如

10、果不能及时添加焊膏的量，会造成焊膏漏印量少，图形不饱满。焊膏的黏度和质量随时间、环境温度、湿度、环境卫生而变化；模板底面的清洁程度及开口内壁的状态不断变化；,23,5.提高印刷质量的措施,(1)加工合格的模板(2)选择适合工艺要求的焊膏并正确使用焊膏(3)印刷工艺控制,24,1）模板厚度；2）设计的面积比和宽厚比；3）开孔的几何形状；4）开孔孔壁的光滑程度。,(1)加工合格的模板,印刷模板，又称漏板、钢网，它是用来定量分配焊膏，是保证焊膏印刷质量的的关键工装冶具。考虑到刮刀起始位置和焊膏流动，在不锈钢板漏印图形四围应留有刮刀和焊膏停留的尺寸，一般情况漏印图形四周与网板粘接胶的边缘之间至少要留有

11、40mm以上距离。具体留多少尺寸应根据不同印刷机确定。有些印刷机需要留有65mm。,26,印制模板？,网框尺寸：网框尺寸是根据印刷机的框架结构尺寸确定。一般情况下网框尺寸应与印刷机网框尺寸相同，特殊情况下例如当印制板尺寸很小或印刷面积很小时，可以使用小于设备网框尺寸的小尺寸网框，但设备必须配有网框适配器，否则不可使用小尺寸网框。,27,模板的厚度？模板印刷是接触印刷&漏印，印刷时不锈钢模板的底面接触PCB表面，因此模板的厚度就是焊膏图形的厚度，模板厚度是决定焊膏量的关键参数，因此必须正确选择模板厚度。另外，可以通过适当修改开口尺寸来弥补不同元器件对焊膏量的不同需求。总之，模板的厚度与开口尺寸决

12、定了焊膏的印刷量。模板厚度应根据印制板组装密度、元器件大小、引脚（或焊球）之间的间距进行确定。大的Chip元件以及PLCC要求焊膏量多一些,则模板厚度厚一些；小的Chip元件以及窄间距QFP和窄间距BGA（BGA）、CSP要求焊膏量少一些,则模板厚度薄一些。,28,排版？指印刷图形放在模板的什么位置：以PCB外形居中；或以焊盘图形居中；或有特殊要求，如在同一块模板上加工两种以上PCB的图形等。（1）一般情况下应以焊盘图形居中，以焊盘图形居中印刷时能选用小尺寸的刮刀，可以节省焊膏，还可以减少焊膏铺展面积，从而减少焊膏与空气接触面积，有利于防止焊膏中溶剂挥发。（2）当印制板尺寸比较大，而焊盘图形的

13、位置集中在PCB的某一边时，应采用以PCB外形居中，如果以焊盘图形居中，印刷时可能会造成印制板超出印刷机工作台的工作范围。,29,（3）当PCB尺寸很小或焊盘图形范围很小时，可将双面板的图形或几个产品的漏印图形加工在同一块模板上，这样可以节省模板加工费。但必须给加工厂提供几个产品图形在模板上的布置要求，用文字说明或用示意图说明。两个产品的图形间距 产品1（1020mm即可）产品2,30,SMT不锈钢模板制作工艺要求,金属模板的制造方法:（1）化学腐蚀法（减法）锡磷青铜、不锈钢板。（2）激光切割法（减法）不锈钢、高分子聚脂板。（3）电铸法（加法）镍板。,31,钢网及选用,化学蚀刻：技术成熟、成本

14、低激光切割：精度高，技术新，侧壁需抛光，可返工电铸工艺：精度高，技术新，底部需整平,32,三种制造方法的比较,33,蚀刻钢板：过度蚀刻或蚀刻不足,过度蚀刻开口变大,蚀刻不足开口变小,34,孔壁粗糙影响焊膏释放,35,模板厚度与开口尺寸基本要求:宽厚比:开口宽度(W)/模板厚度(T)1.5 面积比:开口面积(WL)/孔壁面积2(L+W)T 0.66,36,（摘录于：IPC-7525 模板设计导则）,（摘录于：IPC-7525 模板设计导则）,通用的设计标准认为，开孔大小应该比PCB焊盘要相应减小。模板开孔通常比照PCB原始焊盘进行更改。减小面积和修正开孔形状通常是为了提高锡膏的印刷质量、回流工艺

15、和模板在锡膏印刷过程中更加清洁，这有利于减少锡膏印刷偏离焊盘的几率，而印刷偏离焊盘易导致锡珠和桥连。将开孔上倒圆角能促进模板的清洁度。,开孔的几何形状?,如间距为1.30.4 mm的J型引脚或翼型引脚元件，通常缩减量：宽为0.030.08 mm，长为0.050.13 mm。,（摘录于：IPC-7525 模板设计导则）,用钢板的开口尺寸和形状来减少印刷缺陷,39,有几种开孔形状有利于锡珠的产生，所有的设计都是为了能减少锡膏过多地留在元件之下。这些设计通常适用于免清洗工艺。,（摘录于：IPC-7525 模板设计导则）,模板开口方向与刮刀移动方向,与刮刀移动方向垂直的模板开口，因刮刀通过的时间短，焊

16、膏难以被填入，常造成焊膏量不足。因此，为了使与刮刀移动方向垂直与平行的模板开口的焊膏量相等，应加大垂直方向的模板开口尺寸。,模板开口长度方向与刮刀移动方向垂直,模板开口长度方向与刮刀移动方向平行,平行,垂直,41,红胶开孔置于元件焊盘的中部。开孔为焊盘间距的1/3和元件宽度的110%。,红胶？,（摘录于：IPC-7525 模板设计导则）,Mark的处理方式（是否需要Mark,放在模板的哪一面等）；模板上的Mark图形是全自动印刷机在印刷每一块PCB前进行PCB基准校准用，因此半自动印刷机模板上不需要制作Mark图形；全自动印刷机必须制作Mark图形，至于放在模板的哪一面，应根据印刷机具体构造（

17、摄象机的位置）而定。,43,用放大镜或显微镜检查焊盘开口的喇叭口是否向下，开口四周内壁是否光滑、有无毛刺，重点检查窄间距IC引脚开口的加工质量；将该产品的印制板放在模板下底面，用模板的漏孔对准印制板焊盘图形，检查图形是否完全对准，有无多孔（不需要的开口）和少孔（遗漏的开口）。如果发现问题，首先应检查是否我方确认错误，然后检查是否加工问题，如果发现质量问题，应及时反馈给模板加工厂，协商解决。,44,钢网来料检验项目：,5.提高印刷质量的措施,(1)加工合格的模板(2)选择适合工艺要求的焊膏并正确使用焊膏(3)印刷工艺控制,45,焊膏的合金粉末颗粒尺寸与印刷性的关系,焊膏的合金粉末颗粒尺寸直接影响

18、填充性和脱膜性 细小颗粒的焊膏印刷性比较好，特别对于高密度、窄间距的产品，由于模板开口尺寸小，必须采用小颗粒合金粉末，否则会影响印刷性和脱摸性。小颗粒合金粉的优点：印刷性好，印刷图形的清晰度高。缺点：易塌边，表面积大，易被氧化。,46,合金粉末颗粒直径选择原则,a 焊料颗粒最大直径模板最小开口宽度的1/5；b 圆形开口时，焊料颗粒最大直径开口直径的1/8。长方形 圆形开口c 模板开口厚度（垂直）方向，最大颗粒数应3个。焊膏 焊盘 PCB,47,焊膏的选择方法（不同的产品要选择不同的焊膏。）（a）根据产品本身的价值和用途，高可靠产品选择高质量的焊膏。（b）根据PCB和元器件存放时间和表面氧化程度

19、选择焊膏的活性。一般采用RMA级；高可靠性产品选择R级；PCB、元器件存放时间长，表面严重氧化，应采用RA级，焊后清洗。（c）根据组装工艺、印制板、元器件的具体情况选择合金组分。一般镀铅锡印制板采用63Sn/37Pb；钯金或钯银厚膜端头和引脚可焊性较差的元器件、要求焊点质量高的印制板采用62Sn/36Pb/2Ag；水金板一般不要选择含银的焊膏；(金与焊料中的锡形成金锡间共价化合物AuSn4，焊料中金的含量超过3%会使焊点变脆，用于焊接的金层厚度1m。),48,（d）根据产品对清洁度的要求来选择是否采用免清洗。免清洗工艺要选用不含卤素或其它强腐蚀性化合物的焊膏；高可靠、航天、军工、仪器仪表以及涉

20、及生命安全的医用器材要采用水清洗或溶剂清洗的焊膏，焊后必须清洗干净。（e）BGA和CSP一般都需要采用高质量的免清洗焊膏；（f）焊接热敏元件时，应选用含铋的低熔点焊膏。,49,（g）根据PCB的组装密度（有无窄间距）来选择合金粉末颗粒度。常用焊膏的合金粉末颗粒尺寸分为四种粒度等级，窄间距时一般选择2045m。,50,（h）合金粉末的形状也会影响焊膏的印刷性和脱膜性 球形颗粒的特点：焊膏粘度较低，印刷性好。球形颗粒的表面积小，含氧量低，有利于提高焊接质量，但印刷后焊膏图形容易塌落。适用于高密度窄间距的模板印刷，滴涂工艺。目前一般都采用球形颗粒。不定形颗粒的特点：合金粉末组成的焊膏粘度高，印刷后焊

21、膏图形不易塌落，但印刷性较差。不定形颗粒的表面积大，含氧量高，影响焊接质量和焊点亮度。只适用于组装密度较低的场合。因此目前一般都不采用不定形颗粒。可用于穿心电容等较大焊接点场合。,51,（i）根据施加焊膏的工艺以及组装密度选择焊膏的黏度 例如模板印刷工艺应选择高黏度焊膏、点胶工艺选择低黏度焊膏，高密度印刷要求高黏度。,52,粘度 焊膏是一种触变性流体，在外力的作用下能产生流动。粘度是焊膏的主要特性指标，它是影响印刷性能的重要因素：粘度太大，焊膏不易穿出模板的漏孔，印出的图形残缺不全。粘度太小，印刷后焊膏图形容易塌边。影响焊膏粘度的主要因素：合金焊料粉的百分含量：（合金含量高，粘度就大；焊剂百分

22、含量高，粘度就小。）粉末颗粒度（颗粒大，粘度减小；颗粒减小，粘度增加）温度（温度增加，粘度减小；温度降低，粘度增加）,53,(a)合金焊料粉含量与黏度的关系(b)温度对黏度的影响(c)合金粉末粒度对黏度的影响,粘度,粘度,粘度,合金粉末含量（wt%）,T（）粒度（m）,(a)(b)(c),54,触变指数和塌落度 焊膏是触变性流体，焊膏的塌落度主要与焊膏的粘度和触变性有关。触变指数高，塌落度小；触变指数低，塌落度大。影响触变指数和塌落度主要因素：合金焊料与焊剂的配比，即合金粉末在焊膏中的重量百分含量；焊剂载体中的触变剂性能和添加量；颗粒形状、尺寸。,55,工作寿命和储存期限 工作寿命是指在室温下

23、连续印刷时，焊膏的粘度随时间变化小，焊膏不易干燥，印刷性（滚动性）稳定；同时焊膏从被涂敷到PCB上后到贴装元器件之前保持粘结性能；再流焊不失效。一般要求在常温下放置1224小时，至少4小时，其性能保持不变。储存期限是指在规定的保存条件下，焊膏从生产日期到使用前性能不严重降低，能不失效的正常使用之前的保存期限，一般规定在210下保存一年，至少36个月。,56,(2)焊膏的正确使用与管理a)必须储存在510的条件下；b)要求使用前一天从冰箱取出焊膏（至少提前2小时），待焊膏达到室温后才能打开容器盖，防止水汽凝结；c)使用前用不锈钢搅拌棒将焊膏搅拌均匀，搅拌棒一定要清洁；d)添加完焊膏后，应盖好容器

24、盖；e)免清洗焊膏不能使用回收的焊膏，如果印刷间隔超过1小时，须将焊膏从模板上拭去。将焊膏回收到当天使用的容器中；f)印刷后尽量在4小时内完成再流焊。g)免清洗焊膏修板后不能用酒精檫洗；h)需要清洗的产品，再流焊后应当天完成清洗；i)印刷操作时，要求拿PCB的边缘或带手套，以防污染PCB。j)回收的焊膏与新焊膏要分别存放,57,搅拌前,搅拌后,58,5.提高印刷质量的措施,(1)加工合格的模板(2)选择适合工艺要求的焊膏并正确使用焊膏(3)印刷工艺控制,59,图形对准 刮刀与网板的角度焊膏的投入量（滚动直径）刮刀压力印刷速度 网板（模板与PCB）分离速度 清洗模式和清洗频率建立检验制度,(3)

25、印刷工艺控制 图形对准通过人工对工作台或对模板作X、Y、的精细调整，使PCB的焊盘图形与模板漏孔图形完全重合。刮刀与网板的角度角度越小，向下的压力越大，容易将焊膏注入漏孔中，但也容易使焊膏污染模板底面，造成焊膏图形粘连。一般为4560。目前自动和半自动印刷机大多采用60。,60,焊膏的投入量（滚动直径）焊膏的滚动直径h 915mm较合适。h 过小，不利于焊膏漏印（印刷的填充性）h 过大，过多的焊膏长时间暴露在空气中不断滚动，对焊膏质量不利。焊膏的投入量应根据刮刀的长度加入。根据PCB组装密度（每块PCB的焊膏用量），估计出印刷100快还是150快添加一次焊膏。,61,刮刀运动方向,刮刀压力刮刀

26、压力也是影响印刷质量的重要因素。刮刀压力实际是指刮刀下降的深度。压力太小，可能会发生两种情况：第种情况是由于刮刀压力小，会造成漏印量不足；第种情况是由于刮刀压力小，刮刀没有紧贴模板表面，印刷时由于刮刀与PCB之间存在微小的间隙，因此相当于增加了印刷厚度。另外压力过小会使模板表面留有一层焊膏，容易造成图形粘连等印刷缺陷。因此理想的刮刀压力应该恰好将焊膏从模板表面刮干净。,62,金属刮刀的压力应比橡胶刮刀的压力大一些，一般大1.21.5倍。橡胶刮刀的压力过大，印刷时刮刀会压入开口中，造成印刷量减少，特别是大尺寸的开口。因此加工模板时，可将大开口中间加一条小筋。注意：紧固金属刮刀时，紧固程度要适当。

27、用力过大由于应力会造成刮刀变形，影响刮刀寿命。,63,金属刮刀,橡胶刮刀,64,印刷速度由于刮刀速度与焊膏的粘稠度呈反比关系，有窄间距，高密度图形时，速度要慢一些。速度过快，刮刀经过模板开口的时间太短，焊膏不能充分渗入开口中，容易造成焊膏图形不饱满或漏印的印刷缺陷。在刮刀角度一定的情况下，印刷速度和刮刀压力存在一定的关系，降速度相当于增加压力，适当降低压力可起到提高印刷速度的效果。,65,网板（模板与PCB）分离速度 有窄间距、高密度图形时，网板分离速度要慢一些。为了提高窄间距、高密度印刷质量，日立公司推出“加速度控制”方法随印刷工作台下降行程，对下降速度进行变速控制。,66,模板与PCB分离

28、速度,分离速度增加时，模板与PCB间变成负压，焊膏与焊盘的凝聚力小，使部分焊膏粘在模板底面和开口壁上，造成少印和粘连。分离速度减慢时，PCB与模板间的负压变小，焊膏的凝聚力大，而使焊膏很容易脱离模板开口壁，印刷状态良好。模板分离PCB的速度2mm/s以下为宜。,粘着力,凝聚力,67,清洗模式和清洗频率 经常清洗模板底面也是保证印刷质量的因素。应根据焊膏、模板材料、厚度及开口大小等情况确定清洗模式和清洗频率。（1湿1干或2湿1干等，印20块清洗一次或印1块清洗一次等）模板污染主要是由于焊膏从开口边缘溢出造成的。如果不及时清洗，会污染PCB表面，模板开口四周的残留焊膏会变硬，严重时还会堵塞开口。手工清洗时，顺开口长度方向效果较好。,68,建立检验制度 必须严格首件检验。有BGA、CSP、高密度时每一块PCB都要检验。一般密度时可以抽检。,印刷焊膏取样规则,69,印刷缺陷举例,少印,粘连,塌边,错位,70,不良品的判定和调整方法,71,72,