SMT组件的焊膏印刷工艺指南rto.docx

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1、SMT组组件的焊焊膏印刷刷指南摘要 现现在，人人们普遍遍将焊膏膏印刷作作为控制制涂饰焊焊点质量量的关键键工艺。若若想获得得优质的的焊膏印印刷并不不是一件件很容易易办得到到的事，焊焊膏印刷刷工艺涉涉及到模模板设计计、模板板制造、模模板组装装、模板板清洗和和模板寿寿命，这这几个环环节相互互作用，相相互影响响。本文文为此为为模板的的焊膏印印刷技术术而制定定了一个个指南，旨旨在帮助助技术人人员和生生产人员员解决实实际生产产中存在在的一些些问题，以以确保元元器件的的印刷质质量。本本文重点点论述了了SMTT组装中中球栅阵阵列（BBGA）和和芯片尺尺寸封装装（CSSP）的的焊膏印印刷及将将各种不不同的技技术

2、进行行了比较较，从而而为制定定最佳的的印刷工工艺奠定定了基础础。1模模板制造造技术模模板制造造工艺包包括加成成方法或或减去方方法。在在加成工工艺中，如如象；电电铸成型型，是通通过添加加金属而而形成开开孔。在在减去工工艺中，是是从模板板箔中去去除金属属而形成成开孔。激激光切割割和化学学蚀刻的的方法就就是典型型的减去去工艺的的例子。1.1模板模板类型：通常使用的模板主要有四种类型：化学蚀刻、激光切割、混合技术、电铸成型。化学蚀刻模板的制造工艺主要是将金属箔切割成特定尺寸的框架，并用光刻胶成像层压在金属箔的两面。通常用光栅配准部件将双面光学工具精确对准、定位，可用双面光学工具将模板开孔图象曝光在光刻

3、胶上。激光切割的模板是通过激光设备中运行的软件Gerber(r)数据而制成的。当PCB上应用了标准组件和细间距组件混合技术时，就应使用激光切割和化学蚀刻组合模板制造工艺。生产出的模板被定义为激光-化学组合模板或称为混合技术模板。电铸成形技术是模板加成的制造方法，这种方法使用了光刻成像和电镀工艺。建议将激光切割或电铸成型的模板用于对均匀释放焊膏的效果要求最高的应用领域中。不过，这些模板成本较高，一项研究说明这类模板的一致性比化学蚀刻的模板好。 模板开口设计：模板设计的常见问题是开孔设计及开孔设计对印刷性能的影响。在印刷操作过程中，刮刀在模板上推刮时，焊膏就被挤压到模板的开孔中。然后，在印刷板脱离

4、模板的过程中，焊膏就自然地流入PCB的焊盘上。挤压到开孔中的焊膏若能够完全从开孔壁上释放出来，粘附到PCB的焊盘上，形成完整的焊料块，这是最理想的。焊膏从开孔内壁释放出来的能力主要取决于三个方面的因素：1 模板设计的面积比/孔径比2 开孔侧壁的几何形状3 开孔壁的光滑度在外，我们将几种不同的模板开口设计提供于众，作为生产中之参考，见表。表 SMMT通用用开孔设设计指南南元件件类型 间间距 焊盘印印脚 开孔宽宽度 开孔孔长度 模板板厚度范范围 孔径比比范围 面积积比范围围PLLCC 550 225 23 1100 810 2.322.9 11.0771.17QFPP 255 144 112 66

5、0 677 1.722.0 00.7110.83QFPP 200 122 110 550 566 1.722.0 00.6990.83QFPP 166 100 88 550 455 1.622.0 00.6880.86QFPP 122 8 66 440 344 1.522.0 00.6550.8604002 N/A 220330 188 222 556 NN/A 0.650.886002011 N/AA 100200 8 16 34 N/A 0.66500.866BGGA 500 332圆形形 300圆形 330圆形形 668 NN/A 0.931.225BGAA 440 15圆圆形 114方

6、形形 14方方形 4.555.255 N/AA 00.6770.78BGGA 30 12 114方形形 144方形 44.55.225 N/AA 0.66700.788BBGA 200 112圆形形 111方形 111方形形 334 NN/A 0.690.992注意：11） 假假设BBGA焊焊盘不是是焊料掩掩膜 2）BGAA开口是是方形开开孔，114miil的开开孔角半半径应是是3miil，111miil的开开孔角半半径应是是2.55mill。 3）所所有的规规格都以以mill为单位位，圆形形用米制制，即；0.665mmm为255 miil，00.5 mm 为200mill。比率率不作为为尺寸

7、。 4）N/A只作为面积比。模板开口口形状：就释放放焊膏的的效果而而言，方方形开口口要比圆圆形焊盘盘或连接接的部位位好（见见图1所所示）。方方形模板板可使焊焊膏的释释放更为为流畅。为为减少开开口堵塞塞的发生生，应将将角的半半径设在在00010，对于于化学蚀蚀刻的模模板，角角半径应应与模板板厚度一一致。 图图1 开开口尺寸寸是如何何影响焊焊膏释放放和图形形的，开开口扩充充后可在在焊盘上上印刷模板厚度度：对于于BGAA而言，模模板厚度度应在000005000006。对对于柱状状陶瓷栅栅阵列（CCCGAA），要要求模板板的厚度度为00077，这这样就可可将耗用用的焊膏膏量限制制在最低低的极限限，而对

8、对CSPP来说，要要求模板板厚度在在0000400005。在使使用后一一种模板板时要特特别小心心，因为为在较大大的开口口模板上上施用焊焊膏可能能会“舀舀出”焊焊膏，例例如；112066电容或或00050间距元元件。表表所列列是推荐荐使用的的模板厚厚度。 表 推荐使使用的模模板厚度度00050间距000110000008000225间间距000880006600200间距距000060000400016间距000005000004000112间间距0004400033 孔径比比和面积积比：对对于细间间距元件件，开口口或孔径径比（宽宽度/厚厚度）不不应小于于155，这是是很重要要的（见见图2所所示

9、）。对对于CSSP，开开口应小小到00100平方方。这与与面积比比有关系系，焊膏膏以很小小的表面面积粘附附于侧壁壁，而不不是粘附附于PCCB，这这种现象象是很有有可能出出现的。因因此，面面积比（长长度宽宽度/22长度度+宽度度厚厚度）必必须大于于0666。 图2 孔径径比和面面积比细间距元元件的孔孔径比不不应小于于155，而面面积比必必须大于于0666。许许多厂家家在印刷刷BGAA和CSSP时都都是应用用1:11的比例例。对于于后者来来说，印印刷比例例比焊料料凸点尺尺寸大00.000200003，这是是很普遍遍的，这这样就会会使回流流后脱膏膏高度稍稍大一些些，这样样就可使使更大的的热量符符合所

10、选选用的类类型粉粉末的连连续性、柔柔性的要要求。对对于使用用了00122直径径焊料凸凸点的CCSP或或BGGA封装装而言，建建议印刷刷0.00120.0014方形开开口。一一些研究究表明，对对于类型型粉末末，0.0144开口口对于焊焊膏印刷刷的一致致性和可可重复性性方面可可能是最最小的开开口。而而0.0010或0.0122方形形或圆形形开口的的印刷很很可能要要求使用用类型粉末。表所列是常用SMD的开孔设计的一些实际例子的孔径比/面积比。20mil间距的QFP，使用5mil厚的模板，开孔尺寸为1050mil，其孔径比为2.0。采用开孔侧壁光滑的模板技术可达到优良的焊膏释放和一致性的印刷性能。16

11、mil间距的QFP，可采用厚度为5mil的模板，开孔尺寸为750mil，其孔径比为1.4，这种模板对于释放焊膏来说是非常困难的。即使采用高技术的模板也是如此。 表表 各各种不同同表面组组装器件件的孔径径/面积积比例 例子开孔孔设计 孔孔径比 面面积比 焊焊膏释放放1 QQFP 20间间距1005005（厚厚度） 22.0 00.833 +22 QFFP 116间距距755055（厚度度） 1.44 0.661 +33 BGGA500间距225圆形形6（厚厚度） 4.2 1.004 +4 BGAA40间间距155圆形55（厚度度） 3.00 00.755 +5BGGA300间距111方形形5（厚

12、厚度） 22.2 0.55 +6 BGGA300间距113方形形5（厚厚度） 22.6 0.65 + + 表示示难度2印刷操操作2.1刮板板刃口通通常建议议使用金金属刮板板，金属属刮板比比聚氨酯酯刮板好好。不过过，从聚聚氨酯刮刮板的开开口中挤挤出焊膏膏是个问问题。建建议推刮刮角度为为45600，一一般都是是用455进行行推刮。将刮板向下压使金属刮板的刮刀弯曲形成一个最佳的角度。在选择印刷力时，一种与模板平行的矢量推动着焊膏使得焊料滚动。另一个矢量是直接往下施加压力于模板的开口，将焊膏挤入开口中。改变模板的压力，推刮角度随之改变。另一个常被忽略的因素是刮板的锋利度。一般来说，刮板越钝，要求推刮整

13、个模板顶部所需的压力就越大；刮板刃口越锋利，需用的力就越小。通过对刮板刃口进行一个简易的显微扫描检查可显示出很大的差别。刮板压力较小通常意味着模板推刮频率较低，这是决定因素。2.2推刮速度在首次开始印刷时，建议将推刮速度设置在0.5/秒。较低的推刮速度通常可使焊膏沉积近似于计算的量。（通常，实际沉积的焊膏量小于理论上的定量）。由于循环时间的要求，你不得不以较高的推刮速度操作。不过，在采用较慢的速度推刮取得成功后，你会逐渐提高推刮速度及快速测量印刷结果。通常，随着推刮速度的提高，必须加大施加于刮板的力度。2.3接触与脱膏距离一般，较受欢迎的印刷方法是接触印刷，这种方法有助于降低模板底部焊膏的“渗

14、出”。对于BGA这样的小面积比印刷，实现一致性的模板焊膏漏印是竞争的焦点，有一种方法是提前释放焊膏工艺，这种方法是通过对极小的脱膏距离（0.0020.003）编程实现的，在开始印刷时，用很小的力以小角度将模板与印制板分离。然而，这个距离不足以释放模板，至少在印刷工艺开始时是这样。3焊膏粉末的选择对于释放焊膏是关键因素。为避免开口堵塞，在整个开口上可使用标准的3.5粒子，而方形开口对保持一致性方面很有帮助。表所列是目尺寸和粉末尺寸。 表 焊膏分类和目尺寸分类 目尺寸类-100/+200100（150m）0.0059类-200/+325200（75m）0.030类-325/+500325（45m）

15、0.0018类-400/+500400（38m）0.0015类-500/+635500（25m）0.0010635（220mm）0.00008焊膏流变变性：使使印刷工工艺失控控的因素素有很多多。例如如；有时时焊膏会会干涸在在模板表表面，形形成可堵堵塞开口口的较大大凝结块块。如果果印刷机机闲置55分钟，对对下一次次印刷的的控制达达不到可可接受的的要求，这这是很有有可能的的。此外外，印刷刷循环周周期延迟迟，也会会造成残残余焊膏膏或焊剂剂干涸在在孔径侧侧壁上，这这样会缩缩小开口口尺寸，减减少焊膏膏量。单单凭经验验进行分分析表明明，当模模板上的的焊膏闲闲置5分分钟以上上，在实实施下一一步印刷刷之前，应

16、应对模板板的底部部进行擦擦拭。 传统上上，人们们注重的的是焊膏膏的粘性性或触变变指数，将将触变性性定义为为在应力力的作用用下，会会变成液液体的某某种膏状状或类似似胶状材材料在静静止状态态下的质质量。触触变指数数较高，焊焊膏就易易于稀释释，并能能流到模模板中。缺缺点是更更易于使使再流炉炉中产生生“热润润滑淤渣渣”，除除非制造造厂家认认为应对对配方进进行必要要的重新新配制。3.1焊膏量 下面用一个简单等式来说明所需的焊膏量，见表所列。应尽可能使环绕通孔的环形焊盘小一些是较理想的。还应使引脚和通孔之间的容差及引脚的长度尽量小一些。在实际操作中，需要施用少量的焊膏。应用下列三种模板设计为板上的通孔印刷

17、焊膏：（1） 无台阶的模板。图3（2） 有台阶的模板。图4（3） 两种印刷模式的模板。图5表 浸锡通通孔等式式 V=TTs（LLoWWo） 11 = sTTB（AAH-AAP）+（FTT+FBB）+VVP-VH其中：VV 是所所需的焊焊膏量 VVP是留留在板焊焊盘上面面和/或或底部的的焊料量量 S 是是焊膏减减缩的因因素 AHH是通孔孔的横截截面积 AAP是通通孔针脚脚的横截截面积 TTB是印印制板的的厚度 FFT+FFB是所所需的总总填料量量 Ts是是模板的的厚度 Loo是套印印开孔的的长度 图33 略 图3 无台阶阶的套印印刷 图44 略 图4 有台阶阶的套印印刷（刮刮板一面面） 图55

18、略略 图55 两种种印刷模模式的通通孔模板板4 印印刷质量量检验 对于模模板印刷刷质量的的检测目目前采用用的方法法主要有有目测（使使用装有有光源的的显微镜镜）、二二维检测测、三维维检测设设备、XX光检测测设备及及带有视视觉系统统的自动动光学检检测设备备。在检检测焊膏膏印刷质质量时，可可根据元元件类型型采用不不同的检检测工具具和方法法。4.1 人人工检验验与自动动化检验验的比较较采用视视觉检测测的方法法来检验验印刷的的元件合合格与不不合格，一一般都是是操作员员使用环环形照明明器或显显微镜对对样品板板进行检检查（在在某些情情况下，检检验整批批板子），而而且只在在必要时时，实施施校正操操作。这这是监

19、控控工艺成成本最低低的一种种方法，但但是，反反馈回来来的结果果是合格格率很低低。印刷刷后的视视觉检测测，通过过在成本本最合理理的印刷刷工艺中中应用校校正操作作，可以以减少返返修量。不不过，视视觉检验验只是凭凭主观意意识，对对视觉检检测的产产品进行行的测试试表明，只只有800%是可可靠的。借借助台式式仪器的的视觉检检测，即即；台式式视觉检检测仪。用用这种仪仪器测量量焊膏的的高度，计计算焊膏膏的施用用量，提提高了可可重复性性，但是是不能完完全排除除人为的的非一致致性。目目前，仍仍有许多多生产厂厂家采用用目测的的方法进进行检测测。视觉觉检测、脱脱机检测测和自动动在线检检验之间间的主要要差别在在于在板

20、板子从印印刷设备备上卸载载下来之之前，自自动在线线检验设设备查出出的缺陷陷比前两两种设备备的多。自自动检测测设备可可实施达达1000%的各各种不同同等级的的检测。这这种设备备不仅能能够监控控工艺，还还能够搜搜集工艺艺控制所所需的真真实数据据。自动动在线33D焊膏膏检测设设备提供供了不同同档次的的速度、性性能和价价格，不不过只能能测量板板子上的的焊膏高高度、焊焊膏量和和面积。有有几家模模板印刷刷机制造造厂家推推出了内内置2DD面积检检测，还还有一些些制造厂厂家推出出了现场场检验设设备，可可检验焊焊料高度度和焊料料量。44.2 3D检检测焊膏膏量是体体现板子子质量的的最好的的一个参参数。竞竞争焦点

21、点也是在在保持焊焊膏量一一致性上上。（一一家组装装承包商商报导当当对印刷刷中的一一批装有有3522引脚的的BGAA的20000块块板子进进行检验验时，当当对板子子上的焊焊膏进行行检验后后，在最最后一次次测试中中没有发发现板子子有缺陷陷，）在在检验中中可参照照表中中提供的的检验结结果的详详细资料料。表迹象可能能的原因因及对策策体积大大、高度度高1） 电路板板上的杂杂质抬起起了模板板 a）清清洗电路路板表面面 b）清清洗模板板的底部部2） 模板有有压印 aa）更换换模板 bb）用胶胶带粘附附受损表表面并用用手工焊焊接受影影响的区区域3） 实施HHASLL工艺时时焊球留留在印制制板表面面 4） 由于

22、通通孔堵塞塞抬起了了模板使使得环氧氧树脂过过多 a）去去除多余余焊膏 bb）将印印制板退退给供应应商体积积小、高高度正好好1） 刮板速速度太快快2） 模板释释放太快快，造成成局部焊焊膏截留留在模板板上体积积正好、高高度高11） 焊焊膏过度度扩散 aa）降低低提起的的速度 bb）延迟迟落下速速度 c）降降低脱模模速度22） 开开口毛刺刺太多 aa）比较较开口的的圆形和和方形端端口，评评估模板板设计面面积小、高高度正好好1） 开口末末端出现现局部焊焊膏坍塌塌2） 模板上上焊料球球太小面面积小、高高度低11） 开开口中的的焊膏局局部释放放2） 焊膏干干涸 a）更更换焊膏膏 b）空空气太干干，增加加湿

23、度33） 过过度坍塌塌 a）刮刮板速度度过快 bb）焊膏膏的温度度太高 cc）焊膏膏吸收的的湿气太太多4） 模板中中已没有有焊膏aa）填加加焊膏面面积大、高高度正好好1） 模板底底部变脏脏a） 清洗模模板2） 开口一一边焊料料流淌aa） 刮刮板压力力大，调调整压力力3） 焊盘之之间的模模板开口口间隔破破裂a）更更换模板板工艺监控控的目的的是为了了揭示在在焊膏印印刷不良良导致桥桥接之前前或直到到在最后后的检测测中才确确定焊料料不充分分的潜在在的令人人不满意意的焊膏膏参数。发发现缺陷陷越迟，返返修的成成本就越越高。如如果在再再流之前前找出缺缺陷，就就不会给给焊点可可靠性带带来不利利后果。因因此，脱

24、脱机检查查或自动动在线监监控避免免了有问问题的印印刷板被被返送回回到生产产线上，即即节省了了资金，又又提高了了可靠性性。正象象一家合合同制造造厂家指指出的那那样，组组装厂家家期望增增加利润润，在电电路测试试（ICCT）中中查出的的缺陷必必须经由由15个个步骤，包包括工作作记录、返返修和组组装板反反馈到生生产线之之前的重重新测试试。通常常，对于于印刷工工艺中每每一阶段段产生的的缺陷或或废品的的成本估估算通常常采用一一种快速速计算方方程式：印刷缺缺陷，再再流后$0550；IICT$5.000及现现场故障障$3550.000。在在第一阶阶段查出出缺陷，使使得节约约的资金金自然增增长，很很清楚地地说明

25、工工艺控制制设备的的成本。4.3 X光检验长期以来，X光一直被作为视觉检验的有效工具。这种工具可用于印刷工艺的启动、抽样和故障分析。在准备将X光机用于自动生产地面过程中作了大量的工作，但是，这种X光机存在的一些缺点，降低了其批量验收的速度。例如；3D系统可以检测出2D系统检测不到的缺陷，而更令人难以置信的是反之亦然。BGA底部的填料常常被周围的填料凸点或圆柱体（通常90%是引线）的阴影遮挡，给检验带来了很大的困难。QFP引线上的焊料桥接常常会脱离板子延伸到引线上，使3D检测仪器看不到它，造成漏检。对产生孔洞的看法是不一致的；有人说，从延展性来看需要孔洞，另还有一些人认为孔洞会降低焊点的性能。

26、X光除了具有三种成熟的生产线技术（电子技术、软件和伺服电机）以外，还应用了两种必要的附加技术高压和离子辐射，开始用BGA组装，这是一种可靠的工艺条件，而后丝网印刷焊膏。但是对于不是在最成熟的组装线上安装自动X光检测仪的条件很辨明是与非。对于这种技术的评估是普遍性高，但是，强度和简易性低。结论： 模板设计中最重要的设计理念之一（开孔尺寸和模板厚度）是孔径/面积比。由于电子封装产品的尺寸越来越小，I/O 引线的中心到中心的间距也随之缩小。这样，就意味着I/O板焊盘开孔也就更小。由于模板开孔的小型化，孔径/面积比也随之缩小，为此，对模板的性能提出了更加苛刻的要求。在选择模板技术时，首先要考虑到孔径/面积比及将孔径/面积比分别保持在1.5和0.66以上是最基本的要求。 套印（当模板开孔大于板焊盘时）对于几种应用来说是非常有用的，包括侵入式再流，细间距BGA和陶瓷BGA。