錫膏印刷工藝

1、錫膏印刷工藝 在表面貼裝裝配的回流焊接中， 錫膏用于表面貼裝組件的引腳或端子 與焊盤之間的連接。有許多變量，如錫膏、絲印機(jī)、錫膏應(yīng)用方法和 印刷工藝過(guò)程。在印刷錫膏的過(guò)程中，基板放在工作臺(tái)上，機(jī)械地或 真空夾緊定位，用定位銷或視覺(jué)來(lái)對(duì)準(zhǔn)?；蛘呓z網(wǎng)(scree n或者模板(ste ncil)用于錫膏印刷。本文將著重討論幾個(gè)關(guān)鍵的錫膏印刷問(wèn)題， 如模板設(shè)計(jì)和印刷工藝過(guò)程。印刷工藝過(guò)程與設(shè)備在錫膏印刷過(guò)程中， 印刷機(jī)是達(dá)到所希望的印刷品質(zhì)的關(guān)鍵。 今 天可購(gòu)買到的絲印機(jī)分為兩種主要類型： 實(shí)驗(yàn)室與生產(chǎn)。 每個(gè)類型有 進(jìn)一步的分類， 因?yàn)槊總€(gè)公司希望從實(shí)驗(yàn)室與生產(chǎn)類型的印刷機(jī)得到 不同的性能水平。例如

2、，一個(gè)公司的研究與開(kāi)發(fā)部門 (R&D) 使用實(shí)驗(yàn) 室類型制作產(chǎn)品原型，而生產(chǎn)則會(huì)用另一種類型。還有，生產(chǎn)要求可 能變化很大，取決于產(chǎn)量。因?yàn)榧す馇懈钤O(shè)備是不可能分類的，最好 是選擇與所希望的應(yīng)用相適應(yīng)的絲印機(jī)。在手工或半自動(dòng)印刷機(jī)中，錫膏是手工地放在模板/絲網(wǎng)上，這時(shí)印刷刮板(squeegee處于模板的另一端。在自動(dòng)印刷機(jī)中，錫膏是 自動(dòng)分配的。在印刷過(guò)程中，印刷刮板向下壓在模板上，使模板底面 接觸到電路板頂面。 當(dāng)刮板走過(guò)所腐蝕的整個(gè)圖形區(qū)域長(zhǎng)度時(shí)， 錫膏 通過(guò)模板 /絲網(wǎng)上的開(kāi)孔印刷到焊盤上。在錫膏已經(jīng)沉積之后，絲網(wǎng)在刮板之后馬上脫開(kāi) (s nap off),回到 原地。這個(gè)間隔或

3、脫開(kāi)距離是設(shè)備設(shè)計(jì)所定的，大約0.020"0.040"。脫開(kāi)距離與刮板壓力是兩個(gè)達(dá)到良好印刷品質(zhì)的與設(shè)備有關(guān)的重要 變量。如果沒(méi)有脫開(kāi)，這個(gè)過(guò)程叫接觸(on-contact)印刷。當(dāng)使用全金屬 模板和刮刀時(shí)，使用接觸印刷。非接觸(off-contact)印刷用于柔性的金 屬絲網(wǎng)。刮板(squeegee類型刮板的磨損、壓力和硬度決定印刷質(zhì)量，應(yīng)該仔細(xì)監(jiān)測(cè)。對(duì)可接 受的印刷品質(zhì)， 刮板邊緣應(yīng)該鋒利和直線。 刮板壓力低造成遺漏和粗 糙的邊緣，而刮板壓力高或很軟的刮板將引起斑點(diǎn)狀的(smeared)印刷，甚至可能損壞刮板和模板或絲網(wǎng)。 過(guò)高的壓力也傾向于從寬的開(kāi) 孔中挖出錫膏，引起

4、焊錫圓角不夠。常見(jiàn)有兩種刮板類型：橡膠或聚氨酯(polyuretha ne)舌板和金屬刮板。 當(dāng)使用橡膠刮板時(shí)，使用70-90橡膠硬度計(jì)(durometer)硬度的刮板。當(dāng)使用過(guò)高的壓力時(shí)， 滲入到模板底部的錫膏可能造成錫橋， 要求頻 繁的底部抹擦。 為了防止底部滲透， 焊盤開(kāi)口在印刷時(shí)必須提供密封 (gasketi ng)作用。這取決于模板開(kāi)孔壁的粗糙度。金屬刮刀也是常用的。 隨著更密間距組件的使用， 金屬刮刀的用 量在增加。它們由不銹鋼或黃銅制成，具有平的刀片形狀，使用的印 刷角度為 3045°。一些刮刀涂有潤(rùn)滑材料。因?yàn)槭褂幂^低的壓力， 它們不會(huì)從開(kāi)孔中挖出錫膏， 還因?yàn)槭墙饘?/p>

5、的， 它們不象橡膠刮板那 樣容易磨損，因此不需要鋒利。它們比橡膠刮板成本貴得多，并可能 引起模板磨損。使用不同的刮板類型在使用標(biāo)準(zhǔn)組件和密腳組件的印刷電路裝配(PCA)中是有區(qū)分的。錫膏量的要求對(duì)每一種組件有很大的不同。 密間距組件要求比標(biāo)準(zhǔn)表面貼裝組件少得多的焊錫量。 焊盤面積和厚 度控制錫膏量。一些工程師使用雙厚度的模板來(lái)對(duì)密腳組件和標(biāo)準(zhǔn)表面貼裝焊 盤施用適當(dāng)?shù)腻a膏數(shù)量。其它工程師采用一種不同的方法 - 他們使 用不需要經(jīng)常鋒利的更經(jīng)濟(jì)的金屬刮刀。 用金屬刮刀更容易防止錫膏 沉積量的變化， 但這種方法要求改良的模板開(kāi)孔設(shè)計(jì)來(lái)防止在密間距 焊盤上過(guò)多的錫膏沉積。這個(gè)方法在工業(yè)上變得更受歡迎，

6、但是，使 用雙厚度印刷的橡膠刮板也還沒(méi)有消失。模板(ste ncil)類型重要的印刷品質(zhì)變量包括模板孔壁的精度和光潔度。 保存模板寬 度與厚度的適當(dāng)?shù)目v橫比(aspect ratio是重要的。推薦的縱橫比為1.5。 這對(duì)防止模板阻塞是重要。一般，如果縱橫比小于 1.5，錫膏會(huì)保留 在開(kāi)孔內(nèi)。除了縱橫比之外，如IPC-7525模板設(shè)計(jì)指南所推薦的， 還要有大于0.66的面積比(焊盤面積除以孔壁面積)JPC-7525可作為 模板設(shè)計(jì)的一個(gè)良好開(kāi)端。制作開(kāi)孔的工藝過(guò)程控制開(kāi)孔壁的光潔度和精度。 有三種常見(jiàn)的 制作模板的工藝：化學(xué)腐蝕、激光切割和加成(additive)工藝?；瘜W(xué)腐蝕(chemical

7、ly etched)模板金屬模板和柔性金屬模板是使用兩個(gè)陽(yáng)性圖形通過(guò)從兩面的化 學(xué)研磨來(lái)蝕刻的。 在這個(gè)過(guò)程中，蝕刻不僅在所希望的垂直方向進(jìn)行， 而且在橫向也有。這叫做底切 (undercutting) - 開(kāi)孔比希望的較大，造 成額外的焊錫沉積。因?yàn)?50/50從兩面進(jìn)行蝕刻，其結(jié)果是幾乎直線 的孔壁，在中間有微微沙漏形的收窄。因?yàn)殡娢g刻模板孔壁可能不平滑，電拋光，一個(gè)微蝕刻工藝，是 達(dá)到平滑孔壁的一個(gè)方法。另一個(gè)達(dá)到較平滑孔壁的方法是鍍鎳層 (nickel plating)。拋光或平滑的表面對(duì)錫膏的釋放是好的，但可能引起錫膏越過(guò)模板表面而不在刮板前滾動(dòng)。 這個(gè)問(wèn)題可通過(guò)選擇性地拋光 孔壁而

8、不是整個(gè)模板表面來(lái)避免。鍍鎳進(jìn)一步改善平滑度和印刷性 能?？墒?，它減小了開(kāi)孔，要求圖形調(diào)整激光切割(laser-cut模板激光切割是另一種減去(subtractive)工藝，但它沒(méi)有底切問(wèn)題。模 板直接從 Gerber 數(shù)據(jù)制作，因此開(kāi)孔精度得到改善。數(shù)據(jù)可按需要 調(diào)整以改變尺寸。 更好的過(guò)程控制也會(huì)改善開(kāi)孔精度。 激光切割模板 的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是孔壁可成錐形。 化學(xué)蝕刻的模板也可以成錐形， 如果 只從一面腐蝕， 但是開(kāi)孔尺寸可能太大。 板面的開(kāi)口稍微比刮板面的 大一點(diǎn)的錐形開(kāi)孔 (0.001"0.002"，產(chǎn)生大約 2°的角度 )，對(duì)錫膏釋放 更容易。激光切割可以制

9、作出小至 0.004"的開(kāi)孔寬度， 精度達(dá)到 0.0005"， 因此很適合于超密間距 (ultra-fine-pitch) 的組件印刷。激光切割的模板 也會(huì)產(chǎn)生粗糙的邊緣， 因?yàn)樵谇懈钇陂g汽化的金屬變成金屬渣。 這可 能引起錫膏阻塞。 更平滑的孔壁可通過(guò)微蝕刻來(lái)產(chǎn)生。 激光切割的模 板如果沒(méi)有預(yù)先對(duì)需要較薄的區(qū)域進(jìn)行化學(xué)腐蝕， 就不能制成臺(tái)階式 多級(jí)模板。 激光一個(gè)一個(gè)地切割每一個(gè)開(kāi)孔， 因此模板成本是要切割 的開(kāi)孔數(shù)量而定。電鑄成型(electroformed)模板制作模板的第三種工藝是一種加成工藝，最普遍地叫做電鑄成型。在這個(gè)工藝中，鎳沉積在銅質(zhì)的陰極心上以形成開(kāi)孔。一

10、種光敏 干膠片迭層在銅箔上 （大約 0.25"厚度 ）。膠片用紫外光通過(guò)有模板圖案 的遮光膜進(jìn)行聚合。經(jīng)過(guò)顯影后，在銅質(zhì)心上產(chǎn)生陰極圖案，只有模 板開(kāi)孔保持用光刻膠（photoresist）覆蓋。然后在光刻膠的周圍通過(guò)鍍鎳 形成了模板。在達(dá)到所希望的模板厚度后，把光刻膠從開(kāi)孔除掉。電 鑄成型的鎳箔通過(guò)彎曲從銅心上分開(kāi) - 一個(gè)關(guān)鍵的工藝步驟?，F(xiàn)在 箔片準(zhǔn)備好裝框，制作模板的其它步驟。電鑄成型臺(tái)階式模板可以做得到， 但成本增加。 由于可達(dá)到精密 的公差，電鑄成型的模板提供良好的密封作用， 減少了模板底面的錫 膏滲漏。這意味著模板底面擦拭的頻率顯著地降低， 減少潛在的錫橋。結(jié)論化學(xué)腐蝕和激