錫膏印刷影響因素研究

楊林　李龍　張豐華　田灃

摘要：錫膏印刷是SMT工藝的重要環節，錫膏印刷的質量直接影響SMT的質量。本文從網板、錫膏使用、PCB板等方面進行了分析和討論，也對錫膏印刷后的檢測進行了討論，對提高錫膏印刷質量具有重要作用。

關鍵詞：錫膏；網板；檢測

SMT是表面組裝技術的縮寫，它是通過印刷的方式將膏體狀的錫膏印刷到印制板相應的焊盤上，然后通過在回流爐中加熱，使錫膏熔化和凝聚，進而使焊盤和元器件牢固結合的過程。SMT具有自動化程度高、印刷密度高、體積小、產品一致性好等特點。

錫膏印刷處于SMT工藝的前端部分，是整個SMT工藝過程中的關鍵工序之一。據統計，SMT組裝過程中70%以上的缺陷來自錫膏印刷工序，特別是高密度組裝板更加明顯。錫膏印刷工序中常見的缺陷有錫膏量少、滲透、塌陷、偏移、拉尖、厚度不均，能夠引發SMT橋連、空洞、焊料不足、開路等缺陷。

1 錫膏印刷影響因素

影響錫膏印刷質量的因素包含印刷設備，網板質量、刮刀、錫膏、PCB基板、印刷工藝參數、操作環境等因素。在SMT生產線實際操作中，由于購買的印刷設備參數已定，刮刀的材質、類型、形狀、硬度等已確定，溫濕度、潔凈度已確定。因此主要從網板、錫膏、PCB板以及印刷參數的調整等方面分析影響錫膏印刷的因素。

1.1 網板設計、制造及使用

網板影響錫膏的具體表現為影響錫膏的印刷釋放率。錫膏印刷釋放率定義為：釋放到焊盤上的錫膏體積和網板開孔體積之比。

[JP3]錫膏印刷釋放率=釋放到焊盤上的錫膏體積/網板開孔體積[JP]

網板設計最重要的控制參數為：開孔尺寸和模板厚度。因為開孔尺寸和網板厚度直接影響錫膏釋放率。影響錫膏釋放率的其它因素有：網板開孔孔壁的幾何形狀；網板開孔孔壁的光滑程度；網板和PCB板的分離速度；網板和PCB板的間隙；網板開孔尺寸的精度。

網板的面積比為垂直網板的面積和側壁面積的比值。寬厚比為開孔寬度和網板厚度的比值。網板開孔示意圖如圖1所示。

面積比=開孔面積/開孔壁面積=（L×W）/[2×（L+W） ×T]

寬厚比=開孔寬度/網板厚度=W/T

由于電子元器件的集成度越來越高，引腳間距也隨之減小，對應的焊盤尺寸也更小，相應的網板開孔尺寸也越來越小。網板開孔的微小型化導致對網板的性能要求非常苛刻。因此在設計網板時，為保證網板達到75%的焊膏釋放率，必須要使寬厚比>1.5，面積比≥0.66。IPC7525B標準中明確了各種類型元器件的開孔尺寸，但是，實際生產中應該綜合考慮印制板組裝的具體元器件引腳間距，并做出合理的優化才能滿足整板的錫膏釋放率。

網板制造方式對網板的側壁光滑程度，精度等具有重要影響。目前網板制造方式有：化學蝕刻、激光切割和電鑄成形。前兩種屬于減成工藝，最后一種屬于加成工藝。兩種工藝價格差異較大，目前在實際生產中，考慮成本和周期因素，主要采用激光切割方式，特別是間距小于0.5mm的網板生產。激光切割的優點是沒有圖像轉移步驟，位置精度高，出錯概率小。激光切割網板的孔壁可以形成大約2°的錐角，即形成底面開孔比刮刀面稍微大一點的錐形孔，以利于錫膏釋放。

1.2 錫膏及使用

錫膏是由焊料合金粉、糊狀助焊劑和一些添加劑混合而成的具有一定黏性和良好觸變特性的膏狀體，是一種穩定的混合物。常溫下具有一定黏性，可以將元器件初步黏合起來，當錫膏被加熱到一定溫度時，助焊劑等物質揮發，合金粉熔融變為液態，并依靠其表面張力和潤濕作用，填充焊縫，隨著溫度降低，使焊盤和元器件粘結在一起，形成牢固焊點。

錫膏在鋼網上通過刮刀印刷在PCB上，實質是錫膏的觸變性在發生變化。錫膏的觸變性是指在一定的剪切力和溫度下，黏度急劇下降，從而使錫膏能通過網板開孔，并具有良好的脫模性；當去除剪切力后，錫膏又恢復較高黏度。即有剪切應力時，錫膏變稀，無剪切力時，錫膏變稠，錫膏觸變性示意圖如圖2所示。

錫膏須在0℃～5℃的環境下保存，且須在有效期內使用。使用前，須將錫膏在室溫下回溫，待錫膏達到室溫后才能打開錫膏容器，防止水汽凝結，之后須用錫膏攪拌機對錫膏進行攪拌，使其滿足印刷機要求。經過多次試驗，從冰箱中取出錫膏放置在26.6℃的室溫中，錫膏在4小時后可達到相應的室溫溫度。同時，對回溫后的錫膏進行攪拌，并測量其黏度，在攪拌時間為60～130秒時，錫膏黏度符合要求。錫膏攪拌時間和錫膏回溫溫度即環境溫度相關，總的趨勢是環境溫度越低，需要攪拌的時間越長；環境溫度越高，需要攪拌的時間越短。經過相關試驗，最終確定攪拌時間和環境溫度的對照表，以便錫膏黏度完全滿足印刷要求。一般的，如果沒有專用的錫膏攪拌機，也可以目測來確定錫膏的黏度。具體為：用工具攪拌錫膏30秒，然后挑起部分錫膏，讓錫膏自行下滴，如果錫膏不能滑落，則黏度過大，如果一直落下沒有斷裂，則黏度過低。

1.3 PCB板及使用

PCB板的平面度是錫膏印刷質量好壞的重要因素之一，特別是尺寸較大的PCB板，必須使用專門的工裝進行支撐。否則容易使PCB撓曲變形，使錫膏印刷量發生變化。PCB板發生撓曲變形影響錫膏釋放率如圖3所示。

因此需要合理設計PCB板的印刷工裝，使其保證平整，利于錫膏印刷。

1.4 印刷參數的調整

印刷工藝參數的調整非常重要，包括印刷速度、刮刀角度、壓力、網板和PCB的分離速度等。刮刀速度越快，錫膏滾動的速度越快，錫膏黏度越小，有利于錫膏的填充。但是，刮刀速度越快，錫膏填充時間越短。因此速度太快或太慢都不利于錫膏的填充。刮刀壓力要合適，如果過大，會損壞刮刀和網板，還會使網板表面粘上錫膏。如果過小，可能會造成錫膏量不足。由于網板側壁的摩擦阻力和錫膏的內聚力，在網板和PCB的分離速度的過程中，在網板側壁處的速度比孔中心附近的分離速度要小，所以會導致網板側壁上殘留錫膏，從而導致焊膏釋放率降低。刮刀角度越小，對錫膏向下的壓力越大，但也不容易刮干凈網板表面的錫膏。如果角度太大，錫膏無法形成滾動，也不利于錫膏的釋放，一般全自動印刷機規定為60°左右。

2 錫膏印刷檢測

錫膏印刷完成后，必須對錫膏的印刷質量進行判斷。檢測一般通過專用設備完成，通常需要檢測錫膏印刷的高度、體積、面積、偏離、3D形狀是否滿足要求。IPC7527中對高度、面積、體積的要求為錫膏印刷量占網板計算量的75%～125%。但是，實際生產中，細間距器件的錫膏印刷需要加嚴控制。

3 結論

影響錫膏印刷的因素非常多，本文主要探討了影響錫膏印刷的網板、錫膏、PCB板以及印刷參數的調整等幾方面的因素，介紹了錫膏印刷檢測的要求和項目，為分析和解決錫膏印刷過程中產生的各種缺陷提供了參考，為SMT生產線的質量改進提供了參考依據。

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[4]IPC7525B 《Stencil Design Guidelines》.

[5]IPC7095 《BGA的設計和組裝工藝實施》.

作者簡介：楊林（1985），男，本科，工程師，主要從事電子設備結構設計、工藝管理。