锡膏印刷工艺

1、锡膏印刷工艺 在表面贴装装配的回流焊接中， 锡膏用于表面贴装组件的引脚或端子 与焊盘之间的连接。有许多变量，如锡膏、丝印机、锡膏应用方法和 印刷工艺过程。在印刷锡膏的过程中，基板放在工作台上，机械地或 真空夹紧定位，用定位销或视觉来对准。或者丝网(scree n或者模板(ste ncil)用于锡膏印刷。本文将着重讨论几个关键的锡膏印刷问题， 如模板设计和印刷工艺过程。印刷工艺过程与设备在锡膏印刷过程中， 印刷机是达到所希望的印刷品质的关键。 今 天可购买到的丝印机分为两种主要类型： 实验室与生产。 每个类型有 进一步的分类， 因为每个公司希望从实验室与生产类型的印刷机得到 不同的性能水平。例如

2、，一个公司的研究与开发部门 (R&D) 使用实验 室类型制作产品原型，而生产则会用另一种类型。还有，生产要求可 能变化很大，取决于产量。因为激光切割设备是不可能分类的，最好 是选择与所希望的应用相适应的丝印机。在手工或半自动印刷机中，锡膏是手工地放在模板/丝网上，这时印刷刮板(squeegee处于模板的另一端。在自动印刷机中，锡膏是 自动分配的。在印刷过程中，印刷刮板向下压在模板上，使模板底面 接触到电路板顶面。 当刮板走过所腐蚀的整个图形区域长度时， 锡膏 通过模板 /丝网上的开孔印刷到焊盘上。在锡膏已经沉积之后，丝网在刮板之后马上脱开 (s nap off),回到 原地。这个间隔或

3、脱开距离是设备设计所定的，大约0.020"0.040"。脱开距离与刮板压力是两个达到良好印刷品质的与设备有关的重要 变量。如果没有脱开，这个过程叫接触(on-contact)印刷。当使用全金属 模板和刮刀时，使用接触印刷。非接触(off-contact)印刷用于柔性的金 属丝网。刮板(squeegee类型刮板的磨损、压力和硬度决定印刷质量，应该仔细监测。对可接 受的印刷品质， 刮板边缘应该锋利和直线。 刮板压力低造成遗漏和粗 糙的边缘，而刮板压力高或很软的刮板将引起斑点状的(smeared)印刷，甚至可能损坏刮板和模板或丝网。 过高的压力也倾向于从宽的开 孔中挖出锡膏，引起

4、焊锡圆角不够。常见有两种刮板类型：橡胶或聚氨酯(polyuretha ne)舌板和金属刮板。 当使用橡胶刮板时，使用70-90橡胶硬度计(durometer)硬度的刮板。当使用过高的压力时， 渗入到模板底部的锡膏可能造成锡桥， 要求频 繁的底部抹擦。 为了防止底部渗透， 焊盘开口在印刷时必须提供密封 (gasketi ng)作用。这取决于模板开孔壁的粗糙度。金属刮刀也是常用的。 随着更密间距组件的使用， 金属刮刀的用 量在增加。它们由不锈钢或黄铜制成，具有平的刀片形状，使用的印 刷角度为 3045°。一些刮刀涂有润滑材料。因为使用较低的压力， 它们不会从开孔中挖出锡膏， 还因为是金属

5、的， 它们不象橡胶刮板那 样容易磨损，因此不需要锋利。它们比橡胶刮板成本贵得多，并可能 引起模板磨损。使用不同的刮板类型在使用标准组件和密脚组件的印刷电路装配(PCA)中是有区分的。锡膏量的要求对每一种组件有很大的不同。 密间距组件要求比标准表面贴装组件少得多的焊锡量。 焊盘面积和厚 度控制锡膏量。一些工程师使用双厚度的模板来对密脚组件和标准表面贴装焊 盘施用适当的锡膏数量。其它工程师采用一种不同的方法 - 他们使 用不需要经常锋利的更经济的金属刮刀。 用金属刮刀更容易防止锡膏 沉积量的变化， 但这种方法要求改良的模板开孔设计来防止在密间距 焊盘上过多的锡膏沉积。这个方法在工业上变得更受欢迎，

6、但是，使 用双厚度印刷的橡胶刮板也还没有消失。模板(ste ncil)类型重要的印刷品质变量包括模板孔壁的精度和光洁度。 保存模板宽 度与厚度的适当的纵横比(aspect ratio是重要的。推荐的纵横比为1.5。 这对防止模板阻塞是重要。一般，如果纵横比小于 1.5，锡膏会保留 在开孔内。除了纵横比之外，如IPC-7525模板设计指南所推荐的， 还要有大于0.66的面积比(焊盘面积除以孔壁面积)JPC-7525可作为 模板设计的一个良好开端。制作开孔的工艺过程控制开孔壁的光洁度和精度。 有三种常见的 制作模板的工艺：化学腐蚀、激光切割和加成(additive)工艺。化学腐蚀(chemical

7、ly etched)模板金属模板和柔性金属模板是使用两个阳性图形通过从两面的化 学研磨来蚀刻的。 在这个过程中，蚀刻不仅在所希望的垂直方向进行， 而且在横向也有。这叫做底切 (undercutting) - 开孔比希望的较大，造 成额外的焊锡沉积。因为 50/50从两面进行蚀刻，其结果是几乎直线 的孔壁，在中间有微微沙漏形的收窄。因为电蚀刻模板孔壁可能不平滑，电抛光，一个微蚀刻工艺，是 达到平滑孔壁的一个方法。另一个达到较平滑孔壁的方法是镀镍层 (nickel plating)。抛光或平滑的表面对锡膏的释放是好的，但可能引起锡膏越过模板表面而不在刮板前滚动。 这个问题可通过选择性地抛光 孔壁而

8、不是整个模板表面来避免。镀镍进一步改善平滑度和印刷性 能。可是，它减小了开孔，要求图形调整激光切割(laser-cut模板激光切割是另一种减去(subtractive)工艺，但它没有底切问题。模 板直接从 Gerber 数据制作，因此开孔精度得到改善。数据可按需要 调整以改变尺寸。 更好的过程控制也会改善开孔精度。 激光切割模板 的另一个优点是孔壁可成锥形。 化学蚀刻的模板也可以成锥形， 如果 只从一面腐蚀， 但是开孔尺寸可能太大。 板面的开口稍微比刮板面的 大一点的锥形开孔 (0.001"0.002"，产生大约 2°的角度 )，对锡膏释放 更容易。激光切割可以制

9、作出小至 0.004"的开孔宽度， 精度达到 0.0005"， 因此很适合于超密间距 (ultra-fine-pitch) 的组件印刷。激光切割的模板 也会产生粗糙的边缘， 因为在切割期间汽化的金属变成金属渣。 这可 能引起锡膏阻塞。 更平滑的孔壁可通过微蚀刻来产生。 激光切割的模 板如果没有预先对需要较薄的区域进行化学腐蚀， 就不能制成台阶式 多级模板。 激光一个一个地切割每一个开孔， 因此模板成本是要切割 的开孔数量而定。电铸成型(electroformed)模板制作模板的第三种工艺是一种加成工艺，最普遍地叫做电铸成型。在这个工艺中，镍沉积在铜质的阴极心上以形成开孔。一

10、种光敏 干胶片迭层在铜箔上 （大约 0.25"厚度 ）。胶片用紫外光通过有模板图案 的遮光膜进行聚合。经过显影后，在铜质心上产生阴极图案，只有模 板开孔保持用光刻胶（photoresist）覆盖。然后在光刻胶的周围通过镀镍 形成了模板。在达到所希望的模板厚度后，把光刻胶从开孔除掉。电 铸成型的镍箔通过弯曲从铜心上分开 - 一个关键的工艺步骤。现在 箔片准备好装框，制作模板的其它步骤。电铸成型台阶式模板可以做得到， 但成本增加。 由于可达到精密 的公差，电铸成型的模板提供良好的密封作用， 减少了模板底面的锡 膏渗漏。这意味着模板底面擦拭的频率显着地降低， 减少潜在的锡桥。结论化学腐蚀和激