錫膏是一種灰色膏體，是伴隨著SMT應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詳細介紹：

 

 

全自動錫膏印刷機至關重要：

 

 

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。一般來說SMT行業(yè)60%以上的不良都和錫膏印刷有關，錫膏印刷是SMT生產(chǎn)中的一道關鍵工序。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，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)厚度應結合元件特性、布局、開孔設計方式而定，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，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”過程中減少了熱應力，進一步提高了設備可靠性。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備絕對是焊接行業(yè)內(nèi)重量級裝備。

 

 

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本文轉載自SMT設備與工藝技術論壇公眾號。