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1、深耕专业 15 年 想您所想 提供有效解决方案 深圳市捷汇多电子科技 策略决定成败 管理决定盈亏 锡膏印刷品质影响因素及控制方案锡膏印刷品质影响因素及控制方案 深圳市捷汇多科技总经理 陈仕健 中中国电子制造业经过 30 年的长足发展，如今在世界电子产品制造领域可谓睥睨群雄，稳居电子制造 业霸主地位， 坐拥全球最大市场。 然而近年世界经济持续低迷： 美国互联网经济短期内难以力挽狂澜， 竖起经济复苏的大旗； 日本的精益生产理念曾经风靡大陆， 大江南北、 珠粤江浙， 到处飘散 “阿米巴” 模式的味道，然而终确式微了-阿米巴未能拯救日本本岛企业，夏普卖给了富士康台湾母公司鸿海， 美的集团接手松下白色家
2、电，日本品牌手机在中国市场销声匿迹，日本品牌笔记本电脑也沉寂深深， 大陆的从众心理未能支撑太久，最终抛弃了一阵风式的追捧（阿米巴） ，回归当下；欧洲的经济可 谓豕奔狼突，纷扰缭乱-难民效应困扰不已、英国脱欧民意脱缰、德国独享实体经济优势，为巩固此 优势提出了“工业 4.0” ，并在中国大陆建立标杆工厂，展示工业 4.0 的理念及整体方案；中国政府综 合美国的“软实力” 、德国的“硬实力” 、日本的“精细实力” ，提出了“中国制造 2025”的目标，然 而如何实现“中国制造 2025”呢？ 支撑中国电子制造业崛起之因素繁多，产线中国女工的心灵手巧与任劳任怨是不可抹灭的要素之 一。 随着房地产的大
3、红大紫、 企业经营成本的攀升， 中国人口红利优势不再， 国家战略布局的 IC design and IC package 行业尚不能登上国际舞台一决雌雄，处于产业链中下游的制造业倍感吃力。“Made in China“经过多年的行业内人士努力， 在欧美日依旧不是“高端产品”的代名词。前端 IC 受制于人， 研发创新不能异军突起，后端销售市场披衣“中低端” ，当今工厂倒闭声不绝于耳、唱衰声遍布于野， 中国电子制造业的路在何方？首先我们看看德国制造业的发展历程： “德国制造” 在欧洲曾经也是 “低 端产品”的别称，德国制造业者并不气馁，躬身深耕产业，匠心深植，成就当今“德国制造”世界一 流产品的盛
4、誉。德国制造业有很多世界级隐形冠军，公司不大但在某一领域享誉世界-譬如一轴承生 产公司， 全世界要买高端高可靠性轴承都会想到他们。中国大陆电子制造业正处于企业策略抉择时 期-企业未来发展的战略如何，是寻找另一个中国经济腾飞的 30 年还是深耕产业，破茧化蝶成为其 领域的佼佼者？ 答案很明显，然而破茧成蝶的心路历程茫然而又苦痛，脚力不足固然不足以远行， 好的脚力而无明确方向亦同样无法突围。 然而中国电子制造业的方向终确逐渐清晰了-走过从无到有 的野蛮成长阶段，曾经遍地开花的山寨手机如今硕果仅存，不注重品质、不注重客户体验感、靠低价 竞争的业者心有不甘的倒下了，把产品做精、做细、关注细节、匠心独到
5、的公司愈发强大起来。匠心 独到如何实际贯彻呢？ 下面跟随笔者细细品味之。 电子制造工艺一般由锡膏印刷-元件贴装-回流焊接-波峰焊接四大主要步骤，成品后经过测试、 装配最终分装出货。锡膏印刷工艺是电子制造业的首站，业界有人统计分析说锡膏印刷工艺在整个焊 接不良中占比超过 60%， 影响印刷品质的要素有哪些呢？ 影响印刷品质的第一个要素是焊锡膏。锡膏实际上是细微的金属颗粒和助焊膏二者的混合物，实 际状态如下图 1&2 50 倍放大图 1 200 倍放大图 2 金属颗粒的制造技术业界称谓制粉（喷粉+筛粉） ，简单来说就是用高温锅炉将各种金属原材料按 深耕专业 15 年 想您所想 提供有效解决方案 深
6、圳市捷汇多电子科技 策略决定成败 管理决定盈亏 照一定的比例投入熔炉中熔化（图 3）并检测其合金成分比率是否合格（国际标准 J-STD-006） 。测定 合金比例合格的熔融的金属通过管道流入密闭空间内（空间内充满氮气或其它惰性气体）的一个转动 的圆盘上，通过圆盘转动的离心力或超声波将熔融的合金推离转盘并在密闭空间内冷却（图片 4）形 成细微的颗粒称谓锡粉。锡粉颗粒通过不同网孔的筛网加以区分，根据 J-STD-005 的定义，分为各种 等级的锡粉如常用的三号粉锡膏、四号粉锡膏、五号粉锡膏等。理想的锡粉形状为真球形类似于脚踏 车用的钢珠（图 5） ， 实际锡粉生产中因受重力作用有成泪滴状的趋势或相
7、互粘合最终成为不规则形 状（图 6） 。锡粉颗粒尺寸大小及锡粉形状直接影响锡膏印刷工艺的品质。 图 3 焊锡合金熔融 图 4 喷粉（离心式） 图 5 理想的锡粉形状 图 6-1 实际锡粉 图 6-2 实际锡粉形状 图 6-3 实际锡粉形状 锡膏的另一重要成份是助焊膏，其状态类似我们常见的脚踏车油脂（图 7） 图 7-1 助焊膏 图 7-2 助焊膏 图 7-3 加入锡粉搅拌前助焊膏 助焊膏对于温度极其敏感，在高温下发生化学反应，所以一般要求保存在 0C-10C 的环境内。 所以在使用前要求回温到室温状态下使用以避免凝露现象出现。无论锡膏搅拌厂或 SMT 工厂，均明 确要求锡膏存放使用遵循此规则，
8、旨在避免助焊膏变质导致锡膏特性变异从而导致焊接失效。 将回温到室温条件的助焊膏与锡粉颗粒在真空环境或氮气环境下搅拌均匀而后人工罐装或机械自 动罐装成为 SMT 工厂用的锡膏（图 8） 。罐装后的锡膏保存在冷库内，出货前装进保温箱加冰袋 图 8 锡膏搅拌与分装 深耕专业 15 年 想您所想 提供有效解决方案 深圳市捷汇多电子科技 策略决定成败 管理决定盈亏 交货到 SMT 工厂。工厂在收货时一般会做锡球实验和粘度测试以确定是否允收。对于允收的焊锡膏 做适当保存并管制先进先出以备使用。 另一个对印刷品质有直接影响的是钢板，早期使用的材料为尼龙丝网，所以一直有人称谓网板。 业界使用的钢板主要有三种制
9、作工艺：化学蚀刻&激光切割&电铸。化学蚀刻钢板是业界使用较早的 钢板开孔加工方法-将选定厚度的不锈钢片表面贴上保护膜， 需要开孔的区域依照开孔要求留出大 小和形状一致的开窗，放入强酸溶液中咬噬达成开孔的目的。因化学溶液咬噬钢片的时间不同，所以 会出现如下形状（图 8） ，此形状直接影响锡膏印刷脱模品质，所以当前业界使用较少。 图 8 蚀刻钢板上下开孔尺寸不一致 激光切割钢板是当前业界主流的钢板制作工艺， 基本原理是使用激光束在一定厚度的钢片上依据工艺 需求烧割出形状及尺寸合适的孔。因其效率高，开孔尺寸精度高，在业界使用广泛。激光切割钢板孔 壁品质受两个因素直接影响：切割设备光斑大小及切割速度（
10、图 9） 图 9-1 激光切割后孔壁状态 图 9-2 激光切割孔壁除毛刺后 图 9-3SEM 下孔壁形貌 切割设备光斑愈小切割效率越低，切割孔壁愈加光滑平整；相同的切割设备光斑相同，切割速度越慢 光斑重合度越高则孔壁越光滑利于印刷作业。激光切割后孔壁残存毛刺等异物，需要经过打磨抛光处 理，否则会影响印刷品质导致锡膏拉尖、少锡等不良。工厂在钢板验收时除了要测量钢板张力，同时 会做钢板开孔孔壁品质检查及多开、漏开孔、位置精度检查。 随着电子产品便携式发展的需求、产品性能提升更新周期越发压缩。IC 集成度越来越高，元件 体积倍数缩减，HDI(高密度互联)PCB 应用日益增多，与时俱进的元件尺寸缩减和
11、引脚节距（Pitch） 降低使得超薄钢板及钢板开孔孔壁必须提升， 电铸钢板即是在高密度互联及高品质印刷工艺要求下应 用推展的。化学蚀刻钢板和激光切割钢板制作前都存在一个钢片，即业界所谓的减法制作；电铸钢板 是加法制作-制作前并不存在钢片， 使用树脂等材料制作开孔模型， 再用沉积法将合金沉积到衬底上， 完成后将树脂孔模移除即得到所要的钢板（图 10-钢板制作原理示意） 电铸钢板孔壁是金属原子及原子团沉积而成，形成的孔壁光滑度很高（图 11） 。电铸钢板加工周期较 长，成本较其它两种制作方案高，而机械强度不如另外两种钢板-影响使用寿命，锡膏印刷工艺使用 中需特别关注刮刀压力等工艺参数的影响。 深耕
12、专业 15 年 想您所想 提供有效解决方案 深圳市捷汇多电子科技 策略决定成败 管理决定盈亏 图 10-1 钢板制作原理 图 10-2 各种钢板优劣比较 图 11 电铸钢板孔壁形貌 综上所述可知，锡膏印刷制程中，锡粉颗粒大小及形状影响印刷品质；钢板制作工艺及孔壁品质 影响锡膏印刷品质。工艺设定时应评估考量此二者影响。另一个影响印刷品质的因素是钢板开孔大小 形状和钢板厚度的选择。一个产品用的钢板厚度一般由该产品上节距最小的元件决定。如图 11 所示 图 11 钢板开孔尺寸与钢板厚度的关系 图 12 锡粉颗粒大小与钢板开孔尺寸 L 为钢板开孔长度； W 为钢板开孔宽度； T 为钢板厚度 当钢板开孔
13、长度与宽度存在 L5W 条件时， 钢板厚度选择考虑宽厚比，即 W/T 1.5, 举例： 某一产品上钢板开孔最小尺寸为 2.3mmx0.22mm, 因 L5W， 所以考虑 W/T1.5 T2/3 T0.0785mm 钢板厚度不大于 0.08mm 如果产品上钢板最小开孔为 0.21mm 圆孔， 则 T0.079mm 钢板最小开孔决定了钢板厚度的选择， 如产品上元件需要锡膏量差异较大时可以使用阶梯钢板即 Step-up or Step-down 钢板以满足工艺需求。 另一个要考虑的因素是选用什么样的锡膏适合工艺需求。如第一部分所述， 国际上定义了锡粉颗粒 形状及尺寸， 根据此标准将锡粉划为 6 个等
14、级如下表 锡粉型号 Type1 Type2 Type3 Type4 Type5 Type6 80%以上锡 粉尺寸 75-150um 45-75um 25-45um 85%以上锡 粉尺寸 20-38um 15-25um 5-15um 定义锡粉长轴与短轴尺寸比1.2 的为真球形。 选用锡膏时遵循 5 球法则（图 12） ，即钢板开孔最小 尺寸上排列锡粉颗粒不得小于 5 颗。举例钢板开孔最小尺寸 0.2mm, 则 0.2mm/5=0.04mm=40um 选用三号锡粉锡膏不合适，要选用 4 号粉锡膏。 当前业界最细粉已经做到 8 号粉，可以根据工艺需 求选用合适锡粉粒度的锡膏。 深耕专业 15 年 想
15、您所想 提供有效解决方案 深圳市捷汇多电子科技 策略决定成败 管理决定盈亏 钢板开孔尺寸合适、钢板厚度合适、锡膏型号选用合适，为何还会出现印刷不良呢？这是每个工 厂工艺人员及管理者牵肠挂肚的疑惑。工艺的问题很多时候是综合性问题，解决此问题需要系列的管 制措施或系统建制。首先是锡膏及钢板的进料验收体系建立（如前章节所述） ，其次是钢板履历建立 及管制系统，系统包含每一块钢板的开孔设计及制作日期，开孔优化记录，钢板使用记录、清洗维护 记录、对应的产品品质记录。第三是锡膏的使用管控，从锡膏的进料检验到储存、回温时间管控、搅 拌时间管控都需要细致的程序文件管控， 笔者曾遇到工厂周一开线生产时作业人员因
16、锡膏回温时间不 足， 拿大水杯接来一杯开水将锡膏瓶泡在里面快速回温， 结果印刷、焊接皆异常，调试 2 个小时后 换锡膏才恢复正常。锡膏回温 Ok,开封后瓶内未用完的部分，当天也不必再放入冰箱储存，第二天早 上又回温使用；添加在钢板上的锡膏收线时回收进瓶内，直接报废固然可以，但工厂营运成本就会上 升，重复使用则需要管控如 3：1 的新旧比混合使用。如此种种均需标准化、明确化，以确保工厂营 运顺利。第四个重要因素是锡膏印刷作业过程中人员操作问题，此问题甚是复杂而又易被忽略，成为 工厂管理的盲区。人员操作的首要问题是印刷机刮刀尺寸的选择：常见的是 PCB 板子小,而刮刀尺寸 太大（图 13） ，刮刀太长会引起一系列问题-1）刮刀长而 PCB 短， 钢板上非 PCB 区域刮不干净， 技术人员及操作人员
