浅谈焊膏印刷过程的工艺控制

2009-04-21 来源：

焊膏是一种组成成分复杂的焊接材料，具有流变特性和其它物理化学性能，在电子电路表面组装技术（SMT）中，用来实现表面组装元器件的引线与印制板焊盘的导电连接。焊膏印刷的工艺过程涉及到印刷机、焊膏、印刷用漏模板等各种错综复杂的因素和焊膏印刷工艺过程及参数，每个因素、参数选择或调整不当都会对组装质量产生很大的影响，所以焊膏印刷比其它涂料的印刷更复杂也更容易发生质量问题。本文将按照焊膏印刷工艺流程的顺序，对焊膏印刷工艺过程中应控制的要点进行探讨和分析。

漏模板检查和安装

漏模板是焊膏印刷的基本工具，用于限制焊膏在印刷电路板表面焊盘上的分配位置。它是影响印刷质量的一个关键因素。漏模板在使用前首先应对其设计和制造内容进行检查，以确定其是否满足工艺要求，其次还要对漏模板的表面质量进行检查，以保证其表面和窗口断面清洁,无焊膏留存、堵塞和磕碰、划伤。两者均合格后方可进行安装。漏模板的安装应严格按设备使用操作说明的规定执行。漏模板的设计和制造工艺要求如下：

漏模板的材料 漏模板材料对印刷质量的影响主要是刮刀施加压力时材料易发生变形，从而使焊膏的分配发生偏差。制造漏模板时尽量选用变形小的材料，一般由不锈钢板或黄铜板制成。因为不锈钢模板从硬度、承受应力、蚀刻质量、印刷效果和使用寿命等各方面都优于黄铜模板，所以不锈钢模板在焊膏印刷中得到了更广泛的采用。

漏模板的厚度 漏模板的厚度决定了焊膏在印刷电路板上的沉积量，好的焊膏印刷必须有合适的焊膏沉积量。漏模板的厚度与元器件的引脚间距有一定的关系，漏模板过厚会造成焊膏沉积过多，其后果是造成元件之间细小间距的短路和桥接。漏模板过薄会造成焊膏沉积量不足，其后果是造成焊接强度不够，易发生故障。

漏模板的开口尺寸 漏模板的开口尺寸是影响焊接印刷质量的主要因素之一。漏模板开口尺寸与焊盘尺寸有一定关系，通常比焊盘尺寸略小10%～20%。如果开口过大，容易造成元件间的短路和桥接；如果开口过小，易发生焊接强度不足。

漏模板的开口形状和孔壁粗糙度 好的开口形状和光洁的孔壁会使焊膏的印刷过程更流畅，应采用激光切割技术来制作漏模板，并使开口形状上小下大。这样印刷时焊膏容易脱离漏模板。另外还要尽量使开口的孔壁光洁，减小焊膏与孔壁间的粘附力，使其容易脱离漏模板。

印刷电路板检查和固定

印刷电路板是焊膏的承印物，它也是影响印刷质量的一个主要因素。印刷电路板在安装前主要应检查板面的翘曲度和表面清洁度。试验表明印刷电路板在焊接前的静态翘曲度必须小于0.3%,否则将影响焊膏印刷的效率和质量,同时也影响贴片和焊接的质量。另外，印刷电路板表面不清洁或氧化严重将降低焊膏的附着力，并对焊接的质量产生影响。

印刷电路板固定的基础是必须保证印刷电路板与漏模板密贴。将印刷电路板固定到工作台上时应检查其是否稳定可靠，并升高工作台使印刷板怡好与漏模板表面密贴，然后将印刷板焊接盘图形与漏模板开口窗孔对准吻合，按要求调整印刷间隙。如果在印刷电路板板面不平的情况下加以固定，可以通过施加于印刷电路板上面的压力进行校正。当印刷电路板的厚度小于0.8mm时,必须采用真空吸附印刷电路板背面的方式进行定位,这要求印刷机工作台面应该设置有吸附印刷电路板的定位支撑板。

刮板检查和安装

刮板是实现焊膏通过漏模板向印刷电路板转移的工具，其材质和形状对印刷质量有很大影响。

刮板的材质 一般经常采用聚酯橡胶刮板和金属刮板。聚酯橡胶刮板硬度较低，对印刷电路板的不平度有良好的追随性，但在印刷过程中会发生刮刀头切入漏模板开口的现象，而把焊膏挖走，使得焊膏的高度不一致。金属刮板硬度高，不会象聚酯橡胶刮板那样切入漏模板开口，因此，在印刷压力设定后，不会产生质量问题。但在印刷过程中，随着与漏模板摩擦力的增加，使漏模板发生延展而产生印刷位置的偏移、渗溢和增加漏模板本身的磨损。当印刷网距小于0.3mm时，金属刮板是最佳的材料。使用经镀镍或经聚四氟乙烯特殊处理后的金属刮板，可获得更加理想的印刷质量。经镀镍处理后的刮板更容易使焊膏从刮板表面释放。经聚四氟乙烯涂层处理后的刮板可使刮板表面更光滑，可延长漏模板的使用寿命。

刮板的形状 刮板头部形状主要有平面式、尖头式和角式三种。尖头式刮板使用时由于焊膏的滚动力使其头部发生变形，角式刮板由于其头部不易产生线性，对印刷电路板不平度的追随性差，目前最常用的是平面式刮板。

刮板的安装 刮板安装前应检查刀口是否平整,并按工艺要求严格调整下落行程、刮印压力、刮印速度以及刮板与漏模板的角度等参数。

印刷工艺参数设定

印刷工艺参数主要有刮印速度、印刷压力、刮刀角度和焊膏供给量等，这些参数设定的是否合理，对焊膏印刷的质量起着至关重要的作用。

刮印速度 在印刷过程中,焊膏需要时间滚动并流进网板的孔中，所以刮刀刮过网板的速度控制相应重要。印刷速度太快会引起刮板滑行，造成漏印，同时磨擦产生的热量会改变焊膏的粘度，使印刷效果变差。若速度过慢，焊膏流动不畅，会造成沉积形状不规则，印刷图形边缘不锐利，不整齐或玷污焊接盘。刮印速度与焊接盘的间距成正比，而与漏板厚度及焊膏粘度成反比，一般来说，要求刮板的刮印速度应控制（10～25）mm/s范围内。

印刷压力　印刷压力的改变对印刷质量影响重大。压力过小，会使焊膏不能有效地穿过漏模板开口而沉积到焊盘上,导致焊膏量不足。若印刷压力过大，则会使刮刀变形，刮走漏模板开口中的焊膏，造成凹形沉积面，严重时会损坏漏模板。合适的印刷压力为0.2～0.4N/mm。

刮刀角度　刮刀角度是指刮板相对于漏板的角度，角度过小时，印刷焊膏的转移深度过深，而且随焊膏供给量的变化，其转移深度、印刷状态不稳定，通常刮板运行角度为60～65度时，焊膏的印刷品质最佳。

焊膏供给量 在印刷过程中，焊膏量会逐渐减少，印刷压力也会随着焊膏供给量的减少而降低，想通过微调印刷压力来获得稳定的印刷状态，实际上是很困难的，一般都是以焊膏多的状态来设定印刷压力。实际生产时，必须设法使焊膏量保持在一定的范围内，最好是利用焊膏自动供给装置，实现自动化印刷。自动化印刷机应带有焊膏量检测和印刷压力反馈控制功能，以实现无缺陷印刷。

焊膏检查/搅拌

焊膏是由合金焊料粉，糊状焊剂和一些添加剂混合而成具有一定粘性和良好触变性的膏状体。合金焊料粉通常由锡、铅、银、铋等两种或两种以上金属组成，是焊膏中的主要成份，也是装联焊接后的留存物。助焊剂是合金焊料粉末的载体，其组成与通用助焊剂基本相同，通过助焊剂的活化作用能消除被焊材料表面以及合金粉末本身的氧化膜，使焊剂迅速扩散并附在被焊金属的表面。在常温下，焊膏可将电子元器件初粘在既定位置，当被加热到焊接温度时，随着溶剂和部分添加剂的挥发和合金粉的熔化，可使被焊元器件和焊盘连接在一起，冷却后形成永久连接的焊点。

焊膏的金属组成 焊膏的金属组成不同，其熔点及焊接性能也不同，同时金属粉末的含量对焊膏印刷涂覆以及焊接效果也有很大影响。金属含量较高可改善焊膏的塌落度，可防止焊珠的形成，但对印刷工艺和焊接要求较为严格。金属含量较低时，润湿性好，印刷简单，但易于塌落，产生焊珠，桥接等质量缺陷。通常焊膏中的金属含量在75%～92%之间。但对精细间距元器件的焊膏，应选用高于90%的焊膏，而对于焊接热敏元器件的焊膏，应选用低熔点的。

焊膏粘度 焊膏粘度是焊膏的主要性能指标，焊膏中溶剂多,则粘度低，反之,粘度则高。焊膏粘度随金属漏版上刮板的运动变化而变化，当刮板刮印时粘度变低，在刮板停止作用后，焊膏又恢复到原来的粘度。粘度也随温度的变化而变化，温度升高时焊膏的粘度会降低，如果焊膏粘度过大，会造成焊膏流动性差，容易粘在漏模板的孔壁上或刮刀上；如果焊膏粘度过小，则不易控制焊膏的沉积形状，焊膏易发生塌陷，产生桥接。一般焊膏的粘度控制在800～1100Pa·S。

焊膏的金属粉末形状与大小 焊膏中金属粉末的颗粒形状有球形、不定形和近球形三种。因球形颗粒其表面有较低的氧化比，故焊接性能较好。焊膏中金属粉末的颗粒细度在20～75微米之间，印刷焊膏一般要求颗粒大小适中、均匀。若颗粒过大或形状不规则，则很难使焊膏透过小的开口，造成沉积量不足，某些颗粒较大还会产生焊球；若焊膏颗粒过于细小，那么焊膏容易发生塌陷或桥接。一般要求最小的漏模板开口能同时透过4个焊膏颗粒。对于精细间距的元器件应选用颗粒细度在20～40微米之间的球形焊膏。

助焊剂的类型 焊膏的助焊剂类型有四种：RSA（超活性）、RA（活性）、RMA（中等活性）和R（非活性），军事和其它高可靠性电路组件，通常应选用RMA型比较合适。焊膏的清洗方法主要有溶剂清洗型、水清洗型和免清洗型3种，对于可靠性要求高的电子产口应考虑选用水清洗型和溶剂清洗型的焊膏，而对于一般民用电子产品则可选用免清洗型焊膏。

焊膏的使用 焊膏的使用和贮存应注意以下几点：

1、焊膏印刷时的最佳工作温度为20℃～25℃，相对湿度为(40～60)%RH，温度过高，焊膏容易吸收水汽，在再流焊时产生锡珠。

2、焊膏应以密封形式保存在恒温、恒湿的冰箱内，贮存温度为0℃～5℃，温度过高，焊剂与合金焊料粉起化学反应，使粘度上升影响其印刷性；温度过低（低于0℃），焊剂中的松香会产生结晶现象，使焊膏形状恶化。

3、焊膏使用时，应提前至少2小时从冰箱中取出，并密封置于室温下，待焊膏达到室温时再打开瓶盖。如果在低温下打开，容易吸收水汽，再流焊时容易产行锡珠。注意：不能把焊膏置于热风器、空调附近来加速它的升温。

4、焊膏开封后，应至少用搅拌机或手工搅拌5分钟，使焊膏中的各成分均匀，因为焊膏贮存时会产生分离，即焊膏中比重较大的焊料粉末与比重较轻的助焊剂、添加剂和溶剂混合物相分离。降低焊膏的粘度。注意：用搅拌机进行搅拌时，搅拌频率要慢，大约1—2转/秒钟。

5、焊膏置于漏模板上超过30分钟未使用时，应先用印刷机的搅拌功能搅拌后再使用。若中间间隔时间较长，应将焊膏重新放回罐中并按5.5.2保存，再次使用应按5.5.4进行操作。

6、根据印制板的幅面及焊点的多少，决定第一次加到漏版上的焊膏量，一般第一次加200—300克，印刷一段时间后再适当加入一点。焊膏印刷后应在24小时完成焊接，超过时间应把焊膏清洗后重新印刷。

7、焊膏开封后，原则上应在当天内一次用完，超过使用期的焊膏不能使用。

8、焊膏的有效期一般约为3个月。故在购买时一次不要购买太多。

试印刷和首件检

首先试印一块印制板，然后对试印的质量和效果进行判定和评价，分析产生印刷缺陷的原因，并适当的作出调整。直到印刷质量达到要求后才能进行批量生产。

批量印刷和检查