錫膏是一種灰色膏體，是伴隨著SMT應(yīng)運而生的一種新型焊接材料，是由焊錫粉、助焊劑以及其它的表面活性劑、觸變劑等加以混合，形成的 膏狀混合物。在常溫下，焊膏可將電子元器件初粘在既定位置，當被加熱到一定溫度時﹐隨著溶劑和部分添加劑的揮發(fā)，合金粉的熔化，使被焊元器件和焊盤連在一起，冷卻形成永久連接的焊點。對焊膏的要求是具有多種涂布方式，特別具有良好的印刷性能和再流焊性能，并在貯存時具有穩(wěn)定性。

 

 

主要用于SMT行業(yè)PCB表面電阻、電容、IC等電子元器件的焊接。通俗的說，錫膏是一種用于連接零件電極與線路板焊盤的物料，該物料是主要成份為錫的合金，固化后可以起到導通零件電極與PCB的作用。

 

SMT全自動錫膏印刷工藝技術(shù)詳細介紹：

 

 

全自動錫膏印刷機至關(guān)重要：

 

 

solder paster也稱焊錫膏，灰色或灰白色膏體，比重界乎:7.2-8.5。一般為五百克密封瓶裝，也有特別定做的如針銅包裝或一公斤包裝,與傳統(tǒng)焊錫膏相比，多了金屬成分。于零到十度間低溫保存(五至七度最佳),日前也有常溫保存錫膏面市，效果仍不甚理想。

 

 

所謂的Reflow回流焊接，在表面貼裝工藝（SMT）中，是指錠形或棒形的焊錫合金，經(jīng)過熔融并再制造成形為錫粉（即圓球形的微小錫球），然后搭配有機輔料（助焊劑）調(diào)配成為錫膏；又經(jīng)印刷、踩腳、貼片、與再次回熔并固化成為金屬焊點之過程，謂之Reflow Soldering（回流焊接）。此詞之中文譯名頗多，如再流焊、回流焊、回焊（日文譯名）熔焊、回流焊爐、表面黏著SMT回流焊、SMT迴流焊爐等；筆者感覺這只是將松散的錫膏再次回熔，并凝聚愈合而成為焊點，故早先筆者曾意譯而稱之為“熔焊”。但為了與已流行的術(shù)語不至相差太遠，及考慮字面并無迂回或巡回之含意，但卻有再次回到熔融狀態(tài)而完成焊接的內(nèi)涵，故應(yīng)稱之為回流焊或回焊。

 

下圖是SMT元器件的發(fā)展歷程以及展望未來的發(fā)展趨勢。目前英制01005貼片器件和0.4 pitch的BGA/CSP 在SMT生產(chǎn)中運用比較普遍。公制03015貼片器件也有少部分在生產(chǎn)中運用，而公制0201貼片器件目前還只是在試產(chǎn)階段，預計未來幾年會逐漸在生產(chǎn)中運用。

 

 

0201及01005元件引入的主要問題是尺寸小、工藝窗口小。0201約為0402尺寸的四分之一，而01005又為0201尺寸的四分之一（見下圖）。

 

 

0201/01005的裝配工藝涉及PCB焊盤要求、鋼網(wǎng)設(shè)計、錫膏、錫膏印刷工藝、貼片控制、回流焊參數(shù)等諸多因素。

 

 

越來越小的元器件，對我們生產(chǎn)的工藝也將會越來越難，一次直通率的提升成了SMT工藝工程師的主要攻克目標好任務(wù)。一般來說SMT行業(yè)60%以上的不良都和錫膏印刷有關(guān)，錫膏印刷是SMT生產(chǎn)中的一道關(guān)鍵工序。解決了錫膏印刷的問題，就相當于解決了整個SMT工序中大半的工藝問題。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

印刷是一個建立在流體力學下的制程,它可多次重復地保持,將定量的物料(錫膏或紅膠)涂覆在PCB的表面，一般來講,印刷制程是非常簡單的,PCB的上面與鋼網(wǎng)保持一定距離(非接觸式)或完全貼住(接觸式)，錫膏或紅膠在刮刀的作用下流過鋼網(wǎng)的表面，并將其上的切口填滿，于是錫膏或紅膠便貼在PCB的表面，最后，鋼網(wǎng)與PCB分離，于是便留下由錫膏或紅膠組成的圖像在PCB上.

 

 

印刷參數(shù)與錫膏顆粒直徑、鋼網(wǎng)開口設(shè)計一樣，對于錫膏印刷都起著非常重要的作用，它們是決定印刷效果的三個主要因素。在印刷過程中，上述三個因素都將轉(zhuǎn)化為“摩擦力”，對印刷效果產(chǎn)生影響。而“摩擦力=錫膏粘度*接觸面積”，當錫膏的粘度一定時，摩擦力的大小由接觸面積決定。錫膏與網(wǎng)孔內(nèi)壁接觸形成向上的摩擦力，對印刷效果起反作用；錫膏與焊盤接觸形成向下的摩擦力，對印刷效果有利。當向上的摩擦力大于向下的摩擦力時，印刷效果差，往往出現(xiàn)拉尖或少錫的現(xiàn)象。反之，當向上的摩擦力小于向下的摩擦力時，印刷效果較好（如圖下所示）。

 

 

錫膏印刷過程中，錫膏的粘度并不是一成不變的。隨著時間延長，鋼網(wǎng)上的錫膏會由于吸收空氣中水汽或助焊劑的揮發(fā)而造成錫膏粘度變化進而影響印刷效果。除了可以通過適時添加新錫膏改善外，還可以通過下述調(diào)整方式來改善錫膏粘度：

 

①錫膏粘度隨溫度降低而增大，隨溫度升高而減小。一般要求控制在25±2.5℃。

 

②錫膏粘度與其運動的角速度成反比。

 

③錫膏在鋼網(wǎng)上印刷時的截面直徑越大，粘度越大；但同時錫膏暴露在空氣中時間過長會使其品質(zhì)劣化，一般都采用10-15mm錫膏滾動直徑。

 

④刮刀角度也可以影響到錫膏的粘度，角度越大，粘度越大，一般采用45°或60°兩種。

 

⑤印刷速度越大，錫膏粘度越小。

 

 

 

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?shù)目v橫比(aspect ratio)是重要的。推薦的縱橫比為1.5。這對防止模板阻塞是重要。一般，如果縱橫比小于1.5，錫膏會保留在開孔內(nèi)。除了縱橫比之外，如IPC-7525《模板設(shè)計指南》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)。IPC-7525可作為模板設(shè)計的一個良好開端。 

 

2.1 鋼網(wǎng)加工方式

 

 

有實驗表明，同等條件下，電鑄鋼網(wǎng)印刷的錫膏量較激光切割的多。電鑄孔焊膏釋放量接近85%，而激光孔的釋放量則在70%-75%之間。不僅如此，前者體積偏差也更小。實驗還發(fā)現(xiàn)，使用激光切割鋼網(wǎng)的0201裝配，其過程缺陷總數(shù)較電鑄的多。

 

2.2 鋼網(wǎng)厚度

 

鋼網(wǎng)厚度主要與面積比有關(guān)，即影響錫膏通過量。對0201元件而言，一般使用鋼網(wǎng)厚度為4-6mil，一般選用4mil或5mil居多。實際過程中，鋼網(wǎng)厚度應(yīng)結(jié)合元件特性、布局、開孔設(shè)計方式而定，以達到合適的面積比。

 

 

新型低溫錫膏（Low Temperature Solder，簡稱LTS）焊接工藝，這是一種創(chuàng)新性的表面焊接技術(shù)，能夠有效減少電子產(chǎn)品制造過程中的熱量、能耗與碳排放，同時可進一步降低企業(yè)生產(chǎn)成本。

 

 

這項工藝的一大殺手锏是，原件焊接最高溫度只有180攝氏度左右，比傳統(tǒng)方法降低了大約70度，直接緩解了電子產(chǎn)品制造過程中的高熱量、高能耗問題。整個測試和驗證過程使用低溫焊料，利用現(xiàn)有回流焊設(shè)備，在降低生產(chǎn)成本的同時成功實施新工藝。

 

這項工藝也能顯著減少碳排放，并提高設(shè)備可靠性。聯(lián)想計劃2017年在8條SMT生產(chǎn)線實施新型低溫錫膏焊接工藝，預計可減少35％碳排放。截至2018年底，聯(lián)想將有33條SMT生產(chǎn)線（每條生產(chǎn)線配備兩部焊接爐）采用新工藝，預計每年可減少5,956噸CO2排放，相當于670,170加侖汽油燃燒產(chǎn)生的二氧化碳排放量。新工藝在“烘烤”過程中減少了熱應(yīng)力，進一步提高了設(shè)備可靠性。在早期部署階段，聯(lián)想發(fā)現(xiàn)制造過程中印刷電路板翹曲率降低了50％，每百萬零件的缺陷率也有所減少。

 

低溫錫膏焊接的峰值溫度由250°C降至180°C左右，并將印刷電路板翹曲率降低了50％以上

 

新型低溫錫膏焊接工藝可廣泛應(yīng)用于所有涉及印刷電路板的電子行業(yè)制造流程，更為產(chǎn)品集成化拓展了更大的設(shè)計自由度和想象空間。

 

有研究表明，印數(shù)速度、脫模速度、印刷速度和脫模速度的交互作用是影響0201貼裝的顯著因子，且較低的印數(shù)速度與脫模速度可以降低0201元件的貼裝不良率。

 

 

在線3D-SPI錫膏印刷厚度檢測儀設(shè)備絕對是焊接行業(yè)內(nèi)重量級裝備。

 

 

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本文轉(zhuǎn)載自SMT設(shè)備與工藝技術(shù)論壇公眾號。