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锡膏印刷 程 版次：A/0
ØSMT 艺流程 Ø锡膏介绍 Ø模板介绍 Ø印刷原理 Ø缺陷分析 本期课程 的 主要内容 !
SMT 艺流程 Screen Printer AOI Mount Reflow
Screen Printer 锡膏介绍 在SMT中使用无铅焊料： 在前几个世纪，人们逐渐从 医学和化学上认识到了铅（PB） 的毒性。而被限制使用。现在电 子装配业面临同样的问题，人们 关心的是：焊料合金中的铅是否 真正的威胁到人们的健康以及环 境的安全。答案不明确，但无铅 焊料已经在使用。欧洲委员会初 步计划在 2004年或 2008年强制执行。目前尚待批准，但是电子装配业还是 要为将来的变化作准备。
Screen Printer 锡膏介绍 无铅锡膏熔化温度范围： 无铅焊锡化学成份 熔点范围 说 明 48 Sn/52 In 118°C 共熔 低熔点、昂贵、强度低 42 Sn/58 Bi 138°C 共熔 已制定、Bi的可利用关注 91 Sn/9 Zn 199°C 共熔 渣多、潜在腐蚀性 93. 5 Sn/3 Sb/2 Bi/1. 5 Cu 218°C 共熔 高强度、很好的温度疲劳特性 95. 5 Sn/3. 5 Ag/1 Zn 218~221°C 高强度、好的温度疲劳特性 93. 3 Sn/3. 1 Ag/3. 1 Bi/0. 5 Cu 209°~ 212°C 高强度、好的温度疲劳特性 99. 3 Sn/0. 7 Cu 227°C 高强度、高熔点 95 Sn/5 Sb 232~240°C 好的剪切强度和温度疲劳特性 65 Sn/25 Ag/10 Sb 233°C 摩托罗拉专利、高强度 96. 5 Sn/3. 5 Ag 221°C 共熔 高强度、高熔点 97 Sn/2 Cu/0. 8 Sb/0. 2 Ag 226~228°C 高熔点
Screen Printer 锡膏介绍 锡膏的主要成分： 成 分 主 要 材 料 焊料合 金粉末 Sn/Pb/Ag 作 用 SMD与电路的连接 活化剂 松香，甘油硬脂酸脂 盐酸，联氨，三乙醇酸 金属表面的净化 增粘剂 松香，松香脂，聚丁烯 净化金属表面，与SMD保 持粘性 溶 剂 丙三醇，乙二醇 对焊膏特性的适应性 助 焊 剂 摇溶性 附加剂 Castor石腊（腊乳化液） 防离散，塌边等焊接不良 软膏基剂
Screen Printer 锡膏介绍
Screen Printer 锡膏介绍
Screen Printer 模板介绍 模板(Stencil)材料性能的比较: 材 性 能 抗拉强度 耐化学性 吸 水 率 网目范围 尺寸稳定性 耐磨性能 弹性及延伸率 连续印次数 破坏点延伸率 油量控制 纤维粗细 价 格 不 锈 钢 极高 极好 不吸水 30 -500 极佳 极佳 差(0. 1%) 2万 40 -60% 差 细 高 质 尼 龙 中等 好 24% 16 -400 差 中等 极佳（2%） 4万 20 -24% 好 较粗 低 聚 脂 高 好 0. 4% 60 -390 中等 中等 佳（2%） 4万 10 -14% 好 粗 中
模板介绍 Screen Printer 模板(Stencil)制造技术: 模板制造技术 化学蚀刻模板 电铸成行模板 激光切割模板 简 介 在金属箔上涂抗蚀保护剂 用销钉定位感光 具将图 形曝光在金属箔两面，然 后使用双面 艺同时从两 面腐蚀金属箔 通过在一个要形成开孔的 基板上显影刻胶，然后逐 个原子，逐层地在光刻胶 周围电镀出模板 直接从客户的原始Gerber 数据产生，在作必要修改 后传送到激光机，由激光 光束进行切割 优 点 缺 点 成本最低 形成刀锋或沙漏形状 周转最快 纵横比 1. 5： 1 提供完美的 艺定位 要涉及一个感光 具 没有几何形状的限制 电镀 艺不均匀失去 密封效果 密封块可能会去掉 改进锡膏的释放 纵横比 1： 1 错误减少 激光光束产生金属熔渣 消除位置不正机会 纵横比 1： 1 造成孔壁粗糙
Screen Printer 模板介绍 Stencil (又叫模板）： Stencil的梯形开口 PCB Stencil 激光切割模板和电铸成行模板 Stencil的刀锋形开口 PCB Stencil 化学蚀刻模板
Screen Printer 印刷原理 Screen Printer 内部 作图 Squeegee Solder paste Stencil STENCIL PRINTING
Screen Printer 印刷原理 Screen Printer 的基本要素： Solder (又叫锡膏） 经验公式：三球定律 至少有三个最大直径的锡珠能垂直排在模板的厚度方向上 至少有三个最大直径的锡珠能水平排在模板的最小孔的宽度方向上 单位： 锡珠使用米制（Micron)度量，而模板厚度 业标准是美国的专用 单位Thou. (1 m=1*10 -3 mm, 1 thou=1*10 -3 inches, 25 mm>>1 thou) 判断锡膏具有正确粘度的一种经济和实际的方法： 搅拌锡膏 30秒，挑起一些高出容器三，四英寸，锡膏自行下滴， 如果开始时象稠的糖浆一样滑落，然后分段断裂落下到容器内 为良好。反之，粘度较差。
印刷原理 Screen Printer 菱形刮刀 Squeegee(又叫刮板或刮刀） 拖裙形刮刀 聚乙烯材料 或类似材料 金属 Squeegee 10 mm Stencil Squeegee 45度角 菱形刮刀 Stencil 拖裙形刮刀 45 -60度角
Screen Printer 印刷原理 Squeegee的压力设定： 第一步：在每 50 mm的Squeegee长度上施加 1 kg的压力。 第二步：减少压力直到锡膏开始留在模板上刮不干净，在增加 1 kg的压力 第三步：在锡膏刮不干净开始到挂班沉入丝孔内挖出锡膏之间 有1 -2 kg的可接受范围即可达到好的印制效果。 Squeegee的硬度范围用颜色代号来区分： very soft 红色 soft 绿色 hard 蓝色 very hard 白色
Screen Printer 缺陷分析 锡膏丝印缺陷分析: 问题及原因 • 搭锡BRIDGING 锡粉量少、粘度低、粒度大、室 温度、印膏太厚、放置压力太大 等。（通常当两焊垫之间有少许 印膏搭连，于高温熔焊时常会被 各垫上的主锡体所拉回去，一旦 无法拉回，将造成短路或锡球， 对细密间距都很危险）。 对 策 • 提高锡膏中金属成份比例（提高到 88 % 以上）。 • 增加锡膏的粘度（70万 CPS以上） • 减小锡粉的粒度（例如由 200目降到 300 目） • 降低环境的温度（降至 27 OC以下） • 降低所印锡膏的厚度（降至架空高度 SNAP-OFF，减低刮刀压力及速度） • 加强印膏的精准度。 • 调整印膏的各种施 参数。 • 减轻零件放置所施加的压力。 • 调整预热及熔焊的温度曲线。
缺陷分析 Screen Printer 锡膏丝印缺陷分析: 问题及原因 对 策 • 2. 发生皮层 CURSTING • 避免将锡膏暴露于湿气中. 由于锡膏助焊剂中的活化剂太强, • 降低锡膏中的助焊剂的活性. 环境温度太高及铅量太多时, 会 • 降低金属中的铅含量. 造成粒子外层上的氧化层被剥落 所致. • 3. 膏量太多 EXCESSIVE PASTE 原因与“搭桥”相似. • 减少所印之锡膏厚度 • 提升印着的精准度. • 调整锡膏印刷的参数.
缺陷分析 Screen Printer 锡膏丝印缺陷分析: 问题及原因 对 策 • 增加印膏厚度, 如改变网布或板膜 • 4. 膏量不足 等. INSUFFICIENT PASTE 常在钢板印刷时发生, 可能是网 • 提升印着的精准度. 布的丝径太粗, 板膜太薄等原因. • 调整锡膏印刷的参数. • 5. 粘着力不足 POOR TACK RETENTION 环境温度高风速大, 造成锡膏中 溶剂逸失太多, 以及锡粉粒度太 大的问题. • 消除溶剂逸失的条件(如降低室温、 减少吹风等）。 • 降低金属含量的百分比。 • 降低锡膏粘度。 • 降低锡膏粒度。 • 调整锡膏粒度的分配。
Screen Printer 锡膏丝印缺陷分析: 问题及原因 • 6. 坍塌 SLUMPING 原因与“搭桥”相似。 • 7. 模糊 SMEARING 形成的原因与搭桥或坍塌 很 类似，但印刷施 不善的原因 居多，如压力太大、架空高度 不足等。 缺陷分析 • • • 对 策 增加锡膏中的金属含量百分比。 增加锡膏粘度。 降低锡膏粒度。 降低环境温度。 减少印膏的厚度。 减轻零件放置所施加的压力。 • • 增加金属含量百分比。 增加锡膏粘度。 调整环境温度。 调整锡膏印刷的参数。
缺陷分析 Problems in Printing 丝印过程中的 问题 Unevern Printing 丝印不均 Squeezee Comparing(Mask Surface) 刮刀对比 No Solder by Uneven Printing 由于丝印不均造成无锡 Solder Ball 锡 珠 Solder goes around to backside of mask 焊锡流入丝网背面 Metal remains solder on the printing plate and quicken drying. 金属刮刀可使焊锡粘附在丝印盘上并会快速干燥. Solder Ball(Edge of Pad) 锡珠（焊盘边缘） Exposed Base 裸铜 Wetting is not spread and solder set in mask open. 流动的锡未能较好扩展, 焊锡粘附丝网开口内壁. Printing is longer than pad. Solder ball occurs due to protruded solder after reflow. 丝印的长度长于焊盘。回流后产生锡珠是由于焊膏突出 过高 10
Printing Process 丝印过程 缺陷分析 Countermeasures for Defects 不良对 策 Main Cause (主要原因) ・ Rolling Ability (滚动能力) Countermeasures 对策 Uneven Printing Solder Ball (穿透能力) 锡珠 Improvement of Rolling Ability 改进滚动能力 燥) 比含铅锡膏更糟 调整清洗频率： 采用橡胶刮刀 (快速干 It is worse than Pb Eutectic. Change of Cleaning Frequency 20 sheets/cleaning 5 sheets /cleaning Adoption of Rubber Squeezee 丝印不均 ・ Through Ability ・ Quick Drying Defects 不良 Appeared Base-Metal 裸露的金属焊盘 Solder Ball (Top of Pad) 锡珠(焊盘顶端) Study for Mask-open Profile (丝网开口曲线图研究） Pl. AN: Adjust Length as same Size as the pad(during experiment) （计划：在实验中调整至和焊盘相 同的宽度） Improvement for Solder Paste 锡膏改进 11
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