清華大學(xué)基礎(chǔ)工業(yè)訓(xùn)練中心 王豫明 王天曦

前言

隨著SMT朝著細(xì)間距元件的方向發(fā)展，SMD封裝引腳的密度越來越密，封裝尺寸減小的趨勢(shì)對(duì)焊膏印刷形成了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。統(tǒng)計(jì)表明，有50％以上的裝配缺陷是由于焊膏印刷造成的3，因此焊膏印刷成為影響SMT裝配質(zhì)量的主要因素。

眾所周知，焊膏印刷中，有3個(gè)主要因素影響印刷質(zhì)量：設(shè)備、焊膏選擇以及模板的選擇。設(shè)備主要是根據(jù)生產(chǎn)線整體要求購置，本文不做研究。模板的選擇所考慮的主要因素：模板設(shè)計(jì)、開口設(shè)計(jì)、模板印刷實(shí)施。而模板制造技術(shù)包括：化學(xué)蝕刻、激光切割、電解拋光、電鍍和電鑄成形。焊膏偏重于實(shí)驗(yàn)選擇，可以向焊膏供應(yīng)商提供一定的焊粉尺寸、合金含量等要求，選擇幾家焊膏供應(yīng)商的樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，依據(jù)實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)而判斷最適合于本企業(yè)產(chǎn)品的最佳焊膏。

模板選擇

模板厚度與開口設(shè)計(jì)

當(dāng)焊膏印刷時(shí)，模板厚度和模板開口尺寸的設(shè)計(jì)有一定的相互關(guān)系，這種關(guān)系用面積比(AR．指模板的開口面積與開口側(cè)壁面積的比值)來衡量，它是模板設(shè)計(jì)中最重要的參數(shù)。一般激光模板AR大于0．66，電鑄模板大于0．6。這種設(shè)計(jì)使印刷清晰度與焊膏的沉積量之間達(dá)到平衡，避免焊點(diǎn)焊料不足，并減少橋接的產(chǎn)生。在模板厚度選定的情況下，根據(jù)面積比原則選擇合適寬度，太小的模板開口導(dǎo)致焊點(diǎn)開路或焊點(diǎn)焊料不足；太大的開口容易引起橋接。表1提供了模板厚度與開口寬度之間的設(shè)計(jì)指導(dǎo)2。

模板的開口設(shè)計(jì)與焊盤

對(duì)于一次印刷產(chǎn)生的焊點(diǎn)，為了能夠?qū)⒆銐虻暮父嗔總鬟f到非細(xì)間距的焊盤上、同時(shí)避免過量的焊膏沉積在細(xì)間距焊盤上，模板的厚度必須仔細(xì)設(shè)計(jì)。為了能適應(yīng)焊盤的最小尺寸，同時(shí)兼顧大焊盤的焊膏量，有幾種方法能使沉積到焊盤上焊膏量達(dá)到適量，它們分別為：

●局部減薄模板

這種模板在細(xì)間距和非細(xì)間距焊盤部分擁有不同的模板厚度，通常的尺寸組合是：0．008in．(0．2mm)用于非細(xì)間距、0．006in．(0．1 5mm)用于細(xì)間距；或0．006in．(0．1 5mm)用于非細(xì)間距、0．004in．(0．10mm)用于細(xì)間距。

    

●開口的四邊均勻減小

模板上細(xì)間距開口尺寸與焊盤上的尺寸相比，被減小10％-30％。這樣減少了焊盤上的焊膏沉積量。也為焊膏印刷中開口與焊盤的重合不良和焊膏塌陷提供了一些空間。

●交錯(cuò)印刷

模板只開焊盤一半的長(zhǎng)度，并以交錯(cuò)方式排列，對(duì)于錫一鉛涂層焊盤，當(dāng)焊膏在焊接期間開始熔化時(shí)，熔化的焊料被認(rèn)為是朝焊盤的另一半流去，達(dá)到完全覆蓋。對(duì)于裸銅或鎳表面，熔化的焊料可能不會(huì)流到?jīng)]有印刷焊膏的另一半焊盤面積上去，因此裸銅或鎳表面的PCB，慎重考慮此方法。

●其他形狀

模板開口形狀是以某種選定形式，如三角形、淚滴形等，達(dá)到減少細(xì)間距焊盤上焊膏沉積量的目的。

●折衷模板厚度

選一個(gè)折衷的模板厚度，使其既適合細(xì)間距焊盤又適合于非細(xì)間距焊盤；來取代不同的焊盤所需的各種不同的模板厚度。

模板材料選擇

在選定模板厚度和開口尺寸的條件下，模板的性能主要受到模板金屬板材和模板的開口加工工藝的影響。目前市場(chǎng)上有5種模板板材：黃銅、不銹鋼、鉬、42號(hào)合金和電鑄鎳。制造模板的工藝包括：化學(xué)蝕刻、激光切割、電解拋光、電鍍和電鑄成形。每種板材或制造工藝都有其固有優(yōu)勢(shì)和局限性。評(píng)估模板性能的關(guān)鍵項(xiàng)目有：開口壁垂直性、墻壁的光滑性、以及尺寸精度。除此之外．耐久性、抗化學(xué)性、良好的開口能力以及成本也都是重要因素。表2將各種模板材料進(jìn)行了比較，表3將模板制造技術(shù)的相對(duì)性能特點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)。

焊膏選擇

焊膏是一種膏狀形式的焊料，由于其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)對(duì)于工業(yè)界具有特別的重要性。焊膏具有可變形的黏彈性形式，其形狀和尺寸可挑選使用。焊膏的黏性提供了一種粘接能力，在元件與焊盤形成永久的冶金連接以前，保持元件在焊盤上而無需附加的粘膠。焊膏的金屬特性提供了相對(duì)高的導(dǎo)電率和熱傳導(dǎo)率。因此，對(duì)于表面安裝制造而言，焊膏既適應(yīng)于自動(dòng)化生產(chǎn)又有一定的黏性同時(shí)具有高傳導(dǎo)率，所以焊膏是最具有生命力的材料。它為電子封裝和裝配提供了電、熱和機(jī)械的互連。

焊膏選擇通常有焊粉尺寸、合金含量以及粘度。通常合金含量在90％左右，粘度1000Pa．s左右4。焊料合金粉末顆粒的尺寸、形狀及其均勻性是影響焊膏性能的重要參數(shù)，影響焊膏的印刷性、脫模性和可焊性。細(xì)小顆粒的焊膏印刷性比較好，特別對(duì)于高密度、窄間距的產(chǎn)品，由于細(xì)間距模板開口尺寸小