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优质锡膏印刷质量探讨
日期:2010-12-13 14:51  点击:566
    优质锡膏印刷质量探讨前言表面贴装技术自本世纪六十年代问世以来,经过三十年的不断发展,贴装设备快速化、高精度、适合柔性生产的方向发展;表面贴装器件向高集成化、超小型封装发展、表面贴装典型的制程流程是:锡膏印刷到贴装器件到回流焊接到测试。在表面贴装制程控制过程中,优秀的锡膏印刷质量,就要对锡膏选择、网版制作和印刷过程中制程参数及制程管理等进行严格控制。

一、       锡膏的选择锡膏(Solder Paste)是一种回流焊制程要求的混合物,包含金属粉状的焊料、焊剂、作为载体的有机材料、各种成分的悬浮媒质以及其它添加剂。锡膏选择的基本原则是:①合金粉末的颗粒大小及形状;②金属粉末的含量;③焊剂类型;④锡膏的稳定性。
1.      焊料颗粒的尺寸一般为- 200mel / +325 mel,即至少99%重量百分比的粉末颗粒能通过200(孔/in2mel网,少于20%重量百分比的粉末颗粒能通过325mel的网,该尺寸以外的颗粒以不多于10%为宜。在有0.5mm脚间距的器件印刷锡膏时,焊料颗粒尺寸应比常规小,可以选用颗粒尺寸是-300mel+500mel的锡膏。
2.      焊料粉末的形状取决粉末的氧化物含量,也决定着锡膏的可印性。球形焊料粉末在固定体积下总表面积最小,减少了可能发生的表面氧化的面积,并且一致性好,为使锡膏具备优良的印刷性能创造了条件。借助锡膏黏度测试仪可以从显示器上检测到焊粉末的形状。
3.      锡膏中金属的含量决定着焊缝的尺寸。随着金属所占百分含量的增加,焊缝尺寸也增加。但在给定黏度下,随金属含量的增加,焊料的桥连的倾向也相应增大。锡膏厚度一定时,金属含量对回流焊厚度的影响金属含量%      厚度      in 

     锡膏      回流焊后焊料 
90      0.009      0.0045
85      0.009      0.0035
 
80      0.009      0.0025

75      0.009      0.0020P
回流焊后要求器件管脚焊接牢固,焊量饱满、光滑并在器件(阻容器件)端头高度方向上有1/3—2/3高度的焊料。从上表可以看出随着金属含量的减少,回流焊后焊料的厚度减少,为了满足对焊点的焊锡膏量的要求,通常选用85--92%金属含量的锡膏,锡膏制作厂商一般将金属含量控制在89%或90%,使用效果越好。
4.      焊剂是锡膏载体的主要组分之一,现有的锡膏焊剂有三大类型:R型(松香焊剂),RMA型(适度活化的松香)以用RA型(全部活化的松香)。一般采用的是含有RMA型焊剂是以松香和称为活化剂的盐溶液组成的。这种焊剂靠盐启动,适合于消除轻微的氧化膜及其它污染,增加了熔化的焊料与焊盘、组件端焊头或孔线之间的润湿作用。它还可以作为回流焊之前的临时性粘合剂,使表面贴装器件在放置和传送过程中,始终固定在相应位置而不发生偏移,有些品牌的贴片机特别是高速贴片机,由于贴装速度快,贴片头和印刷板均要高速移动,此时这种特性尤为重要。
5.      锡膏在印刷后到回流焊前,要经过传输、贴片等制程,锡膏在空气中有一段停留时间。另外,工作环境温度有时也有波动,而且在新品项目试生产过程中,由于贴片机供料器可器件封装形式等问题,有些器件要求手工进行贴放,因此锡膏在空气中停留的时间相对更长一些,这就要求锡膏的稳定性要好,焊剂的损失要慢,工作寿命要长。  
6.      锡膏是触变性流体,当有恒定截断应力或拉伸应力作用时,锡膏黏度随时间的延长而减小,这就意味着其结构逐渐瓦解,锡膏黏度随作用于其上的截断应力的增加而降低,同时其黏度对温度也很敏感,随温度的升高黏度降低。印刷范围所用锡膏黏度为300-700Pa.s. 增加截断应力和升高温度对具有相同多金属含量和焊剂载体的锡膏黏度的影响锡膏制作厂商,会在按固定配方配置锡膏之后,对锡膏黏度进行测量。根据锡膏的敏感特性,在使用锡膏前除对其进行测试,一方面抽测锡膏质量稳定性,同时可以保证生产中使用的锡膏度与出厂配置锡膏黏度基本一致,发挥最好的使用效应。此时要注意的是:测试设备及黏度单位是否与锡膏制作厂商使用的一致,如不一致要进行换算后方可得出正确的结论。

二、           网版制作锡膏印刷是表面贴装制程中第一个关键制程,特别是对于细间距的组装件,由于器件引线尺寸和引线线间隔很小,锡膏印刷需要精细的制程控制,而印刷锡膏用的印刷范围是关键的制程设备之一。
1.       制作厂商选择选择网版制作厂商很重要。选定前,要对厂商的设备先进性、交货周期、价格及售后服务进行综合评定,同时应注意到网版制作的几个关键:
     框架材料:为了满足强度要求又便于印刷操作,多采用中空铝合金型材,制作厂商应具有与用户丝印机相适应的型材材料。
    印刷网版及加工方法:对于有细脚间距组件的锡膏印刷来说,网版宜选用不锈钢箔板激光切割的加工制程制作厂商应具备先进的激光切割设备,满足0.5mm脚间距器件的漏印要求及用户要求的印刷漏印最大范围。
     网版框架与网版的绷紧技术也是一个重要环节,绷网要平、要紧,保证锡膏印制板厚度的均匀一致性。黏结胶的黏性要求不受网版清洗剂的影响,不得出现多次印刷后脱网现象。
     网版MARK点要求制作精细,根据丝印机的要求可以加工成蚀透或半馈透,半蚀透的MARK点上涂黑胶,涂胶要求平整、圆滑。
2.      网版厚度的选择网版厚度要根据印制板上最小脚间距器件的情况而定,通常的经验数为:器件规格      网版厚度|
1.27mmQFP      0.25mm-0.3mm
0.65mmQFP      0.18mm-0.2mm
0.5mmQFP      0.12mm-0.15mm 立l 
3.      网版开口尺寸的选择:为了控制焊接过程中出现锡球或桥接等质量问题,网版开口的尺寸通常情况下比焊盘图形尺寸略小,特别是对于0.5mm以下细间距器件来说,开口宽度应比相应焊盘宽度缩减15-20%,由此引起的焊料量缺少可以通过适当加长焊盘长度方向设计尺寸来弥补。当设计已经定型或由于电路要求器件改型(如器件电极高度增加)而无法改变焊盘尺寸时,如发现回流焊后焊料量不足,爬升不够,可以在制作网版时将开口尺寸在焊盘长度方向上适当加大,但这样做由于锡膏超出焊盘印到了负责制板阻焊层上,会导致在器件端头周围出现锡珠,应慎重使用。三、      制程控制根据不同的产品,在印刷程序中设置相应的印刷制程参数,如工作温度、工作压力、刮刀速度、网版自动清洁周期等,同时要制定严格的制程管理制定及制程规程。
1.      严格按照指定品牌在有效期内使用锡膏,平日锡膏保存在冰箱中,使用前要求置于室温6小时以上,之后方可开盖使用,用后的锡膏单独存放,再用时要确定质量是否合格。   
2.      生产前操作者使用专用不锈钢棒搅拌锡膏使其均匀,并定时用黏度测试仪对锡膏黏度进行抽测。   
3.      当日当班印刷首块印刷析或设备调整后,要利用锡膏厚度测试仪对锡膏印刷厚度进行测定,测试点选在印刷板测试面的上下,左右及中间等5点,记录数值,要求锡膏厚度范围在网版厚度-10-网版厚度+15%之间。   
4.      生产过程中,对锡膏印刷质量进行100%检验,主要内容为锡膏图形是否完整、厚度是否均匀、是否有锡膏拉尖现象。 6俦足? 
5.      当班工作完成后按制程要求清洗网版。
6.      在印刷实验或印刷失败后,印制板上的锡膏要求用超声波清洗设备进行彻底清洗并晾干,以防止再次使用时由于板上残留锡膏引起的回流焊后出现锡球。结束语经实践,通过生产过程中对锡膏印刷的全程控制,可以确保产品获得良好的焊接质量,并有利于质量问题的跟踪和分析。

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