smt锡膏印刷技术培训讲义

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1、锡膏印刷技术,1,焊接是一个比较复杂的物理、化学过程，当用焊锡焊接金属时，随着电烙铁的加热和焊剂的帮助，焊锡先对焊接表面产生润湿，并逐渐向金属扩散，在焊锡与金属的接触面形成附着层，冷却后即形成牢因可靠的金属合金。,焊接？,2,一.施加焊膏工艺,3,施加焊膏是SMT的关键工序,施加焊膏是保证SMT质量的关键工序。目前一般都采用模板印刷。 据资料统计，在PCB设计正确、元器件和印制板质量有保证的前提下，表面组装质量问题中有60%-80%的质量问题出在印刷工艺。,4,5,焊接学中，习惯上将焊接温度低于450的焊接称为软焊料。电子线路的焊接温度通常在180300之间，所用焊料的要成分是锡和铅，故又称为

2、锡铅焊料。,焊膏?,以锡铅合金为主，有的锡焊料还含少量的锑。含铅37，锡63%的锡合金俗称焊锡，熔点约183。这是最普遍的锡铅焊。,锡膏是由合金焊料粉和糊状助焊剂均匀搅拌而成的膏状体.,合 金 类 型 熔 化 温 度 再 流 焊 温 度 Sn63/Pb37 183 208-223 Sn60/Pb40 183-190 210-220 Sn50/Pb50 183-216 236-246 Sn45/Pb55 183-227 247-257 Sn40/Pb60 183-238 258-268 Sn30/Pb70 183-255 275-285 Sn25/Pb75 183-266 286-296 Sn1

3、5/Pb85 227-288 308-318,不同熔点锡膏的再流焊温度,7,焊膏?,惰性气体中将熔融的焊料雾化制成微细的粒状金属。焊膏中金属粉末的颗粒形状有2种：即球形、不定形。 焊膏中金属粉末的颗粒细度在2075微米。一般来说，焊膏颗粒细度选择的依据是：最小尺寸的金属漏版开孔应能允许同时通过34个颗粒，对于精细间距的元器件应选用颗粒细度在2040微米之间的球形焊膏。 粒度越小，黏度越大；粒度过大，会使锡膏黏结性能变差。粒度太细，会由于表面积增大，使其表面含氧量增高，所以也不能采用。,8,助焊剂 ?,传统的助焊剂通常以松香为基体.松香具有弱酸性和热熔流动性,并具有良好的绝缘性.耐湿性.无腐蚀性

4、.无毒性和长期稳定性,是不多得的助焊材料. 通过助焊剂中活性剂的作用,能清除被焊材料表面以及锡粉本身的氧化物,使焊料迅速扩散并附着在被焊金属表面.助焊剂的组成对锡膏的扩展性.润湿性.塌陷.粘度变化.清洗性.和储存寿命起决定性作用。,目前在SMT中采用的大多是以松香为基体的活性助焊剂.由于松香随着品种.产地和生产工艺的不同,其化学组成和性能有较大差异,因此,对松香优选是保证助焊剂质量的关键. 通常助焊剂还包括以下成分:活性剂.成膜物质.添加剂（消光剂、光亮剂、缓蚀剂、阻燃剂）和溶剂.,助焊剂的化学组成？,(1).去除焊接表面的氧化物,防止焊接时焊锡和焊接表面的再氧化降低焊锡的表面张力. (2).

5、熔点比焊料低,在焊料熔化之前,助焊剂要先熔化,才能充分发挥助焊作用. (3).浸润扩散速度比熔化焊料快,通常要求扩展在90%左右或90%以上. (4).粘度和比重比焊料小,粘度大会使浸润扩散困难,比重大就不能覆盖焊料表面. (5).焊接时不产生焊珠飞溅,也不产生毒气和强烈的刺激性臭味. (6).焊后残渣易于去除,并具有不腐蚀.不吸湿和不导电等特性. (7).不沾性,焊接后不沾手,焊点不易拉尖. (8).在常温下贮存稳定,助焊剂应具有以下作用:,了解印刷原理，提高印刷质量,11,1. 印刷焊膏的原理,焊膏和贴片胶都是触变流体，具有粘性。当刮刀以一定速度和角度向前移动时，对焊膏产生一定的压力，推动

6、焊膏在刮板前滚动，产生将焊膏注入网孔或漏孔所需的压力，焊膏的粘性摩擦力使焊膏在刮板与网板交接处产生切变，切变力使焊膏的粘性下降，使焊膏顺利地注入网孔或漏孔。,12,产生将焊膏注入漏孔的压力,切变力使焊膏注入漏孔,PCB,13,焊膏在刮板前滚动，才能产生将焊膏注入开口的压力 刮板 焊膏,印刷时焊膏填充模板开口的情况,14,图1-4 放大后的焊膏印刷脱模示意图 Fs焊膏与PCB焊盘之间的粘合力：与开口面积、焊膏黏度有关 Ft焊膏与开口壁之间的摩檫阻力：与开口壁面积、光滑度有关 A焊膏与模板开口壁之间的接触面积； B焊膏与PCB焊盘之间的接触面积(开口面积),PCB,开口壁面积A,开口面积B,15,

7、(a) 垂直开口 (b) 喇叭口向下 (c) 喇叭口向上 易脱模 易脱模 脱模差 图1-5 模板开口形状示意图,16,3. 刮刀材料、形状及印刷方式,(a) 刮刀材料 橡胶（聚胺酯）刮刀 橡胶刮刀有一定的柔性，用于丝网印刷以及模板表面不太平整、例如经过减薄处理（有凹面）的模板印刷。 橡胶刮刀的硬度： 肖氏（shore）75度 85度。 金属刮刀 金属刮刀耐磨、使用寿命长（约10万次，是聚胺酯的10倍左右）。用于平整度好的金属模板印刷；适宜各种间距、密度的印刷，特别对窄间距、高密度印刷质量比较高，而且使用寿命长，应用最广泛。,17,(b) 刮刀形状和结构 橡胶刮刀的形状有菱形和拖尾形两种。 菱形

8、刮刀是将10mm10mm的方形聚胺脂夹在支架中间，前后呈45角。菱形刮刀可采用单刮刀作双向印刷。刮刀在每个行程末端可跳过焊膏。菱形刮刀的焊膏量不易控制，并容易污染刮刀头。 拖尾形刮刀一般都采用双刮刀形式。刮刀的角度一般为45 60。,18,图2-7 各种不同形状的刮刀示意图,手动刮刀,橡胶刮刀,金属刮刀,19,(d) 印刷方式 单向印刷（刮刀只能作一个方向印刷） 单向印刷时有一块刮刀是印刷用的，另一块刮刀是作为回料用的； 双向印刷 双向印刷时两块刮板进行交替往返印刷。,20,4. 影响印刷质量的主要因素,a 模板质量模板印刷是接触印刷，因此模板厚度与开口尺寸确定了焊膏的印刷量。焊膏量过多会产生

9、桥接，焊膏量过少会产生焊锡不足或虚焊。模板开口形状以及开口是否光滑也会影响脱模质量。 b 焊膏质量焊膏的黏度、印刷性（滚动性、转移性）、触变性、常温下的使用寿命等都会影响印刷质量。 c 印刷工艺参数刮刀速度、刮刀压力、刮刀与网板的角度以及焊膏的黏度之间都存在一定的制约关系，因此只有正确控制这些参数，才能保证焊膏的印刷质量。,21,d 设备精度方面在印刷高密度窄间距产品时，印刷机的印刷精度和重复印刷精度也会起一定的作用。 e 环境温度、湿度、以及环境卫生环境温度过高会降低焊膏黏度，湿度过大时焊膏会吸收空气中的水分，湿度过小时会加速焊膏中溶剂的挥发，环境中灰尘混入焊膏中会使焊点产生针孔。 （一般要

10、求环境温度233，相对湿度4570%）,22,从以上分析中可以看出，影响印刷质量的因素非常多，而且印刷焊膏是一种动态工艺。 焊膏的量随时间而变化，如果不能及时添加焊膏的量，会造成焊膏漏印量少，图形不饱满。 焊膏的黏度和质量随时间、环境温度、湿度、环境卫生而变化； 模板底面的清洁程度及开口内壁的状态不断变化； ,23,5. 提高印刷质量的措施,(1)加工合格的模板 (2)选择适合工艺要求的焊膏并正确使用焊膏 (3)印刷工艺控制,24,1）模板厚度； 2）设计的面积比和宽厚比； 3）开孔的几何形状； 4）开孔孔壁的光滑程度。,(1)加工合格的模板,印刷模板，又称漏板、钢网，它是用来定量分配焊膏，是

11、保证焊膏印刷质量的的关键工装冶具。 考虑到刮刀起始位置和焊膏流动，在不锈钢板漏印图形四围应留有刮刀和焊膏停留的尺寸，一般情况漏印图形四周与网板粘接胶的边缘之间至少要留有40mm以上距离。具体留多少尺寸应根据不同印刷机确定。有些印刷机需要留有65mm。,26,印制模板？,网框尺寸： 网框尺寸是根据印刷机的框架结构尺寸确定。一般情况下网框尺寸应与印刷机网框尺寸相同，特殊情况下例如当印制板尺寸很小或印刷面积很小时，可以使用小于设备网框尺寸的小尺寸网框，但设备必须配有网框适配器，否则不可使用小尺寸网框。,27,模板的厚度？ 模板印刷是接触印刷&漏印，印刷时不锈钢模板的底面接触PCB表面，因此模板的厚度

12、就是焊膏图形的厚度，模板厚度是决定焊膏量的关键参数，因此必须正确选择模板厚度。另外，可以通过适当修改开口尺寸来弥补不同元器件对焊膏量的不同需求。总之，模板的厚度与开口尺寸决定了焊膏的印刷量。 模板厚度应根据印制板组装密度、元器件大小、引脚（或焊球）之间的间距进行确定。大的Chip元件以及PLCC要求焊膏量多一些,则模板厚度厚一些；小的Chip元件以及窄间距QFP和窄间距BGA（BGA）、CSP要求焊膏量少一些,则模板厚度薄一些。,28,排版？ 指印刷图形放在模板的什么位置：以PCB外形居中；或以焊盘图形居中；或有特殊要求，如在同一块模板上加工两种以上PCB的图形等。 （1）一般情况下应以焊盘图

13、形居中，以焊盘图形居中印刷时能选用小尺寸的刮刀，可以节省焊膏，还可以减少焊膏铺展面积，从而减少焊膏与空气接触面积，有利于防止焊膏中溶剂挥发。 （2）当印制板尺寸比较大，而焊盘图形的位置集中在PCB的某一边时，应采用以PCB外形居中，如果以焊盘图形居中，印刷时可能会造成印制板超出印刷机工作台的工作范围。,29,（3）当PCB尺寸很小或焊盘图形范围很小时，可将双面板的图形或几个产品的漏印图形加工在同一块模板上，这样可以节省模板加工费。但必须给加工厂提供几个产品图形在模板上的布置要求，用文字说明或用示意图说明。 两个产品的图形间距 产品1 （1020mm即可） 产品2,30,SMT不锈钢模板制作工艺

14、要求,金属模板的制造方法: （1）化学腐蚀法（减法）锡磷青铜、不锈钢板。 （2）激光切割法（减法）不锈钢、高分子聚脂板。 （3）电铸法（加法）镍板。,31,钢网及选用,化学蚀刻：技术成熟、成本低 激光切割：精度高，技术新，侧壁需抛光，可返工 电铸工艺：精度高，技术新，底部需整平,32,三种制造方法的比较,33,蚀刻钢板：过度蚀刻或蚀刻不足,过度蚀刻 开口变大,蚀刻不足 开口变小,34,孔壁粗糙影响焊膏释放,35,模板厚度与开口尺寸基本要求: 宽厚比: 开口宽度(W)/模板厚度(T)1.5 面积比: 开口面积(WL)/孔壁面积2(L+W)T 0.66,36,（摘录于：IPC-7525 模板设计导

15、则）,（摘录于：IPC-7525 模板设计导则）,通用的设计标准认为，开孔大小应该比PCB焊盘要相应减小。模板开孔通常比照PCB原始焊盘进行更改。减小面积和修正开孔形状通常是为了提高锡膏的印刷质量、回流工艺和模板在锡膏印刷过程中更加清洁，这有利于减少锡膏印刷偏离焊盘的几率，而印刷偏离焊盘易导致锡珠和桥连。 将开孔上倒圆角能促进模板的清洁度。,开孔的几何形状?,如间距为1.30.4 mm的J型引脚或翼型引脚元件，通常缩减量：宽为0.030.08 mm，长为0.050.13 mm。,（摘录于：IPC-7525 模板设计导则）,用钢板的开口尺寸和形状来减少印刷缺陷,39,有几种开孔形状有利于锡珠的产生，所有的设计都是为了能减少锡膏过多地留在元件之下。这些设计通常适用于免清洗工艺。,（摘录于：IPC-7525 模板设计导则）,模板开口方向与刮刀移动方向,与刮刀移动方向垂直的模板开口，因刮刀通过的时间短，焊膏难以被填入，常造成焊膏量不足。因此，为了使与刮刀移动方向垂直与平行的模板开口的焊膏量相等，应加大垂直方向的模板开口尺寸。,模板开口长度方向 与刮刀移动方向垂直,模板开口长度方向 与刮刀移动方向平行,平行,垂直,41,红胶开孔置于元件焊盘的中部。开孔为焊盘间距的