本文关键字：

         表面贴装技术自本世纪六十年代问世以来，经过三十年的不断发断，贴装设备向速化、高精度、适合柔性生产的方向发展；表面贴装器件向高集成化、超小型封装发展、表面贴装典型的工艺流程是：焊膏印刷到贴装器件到回流焊接到测试。在表面贴装工艺控制过程中，优秀的焊膏印刷质量，就要对焊膏选择、模板制作和印刷过程中工艺参数及工艺管理等进行严格控制。

一、 焊膏的选择

    焊膏（Solder Paste）是一种回流焊工艺要求的混合物，包含金属粉状的焊料、焊剂、作为载体的有机材料、各种成分的悬浮媒质以及其他添加剂。焊膏选择的基本原则是： ① 合金粉末的颗粒大小及形状； ② 金属粉末的含量； ③ 焊剂类型； ④ 焊膏的稳定性。

1. 焊料颗粒的尺寸一般为-200目/+325目，即至少99％重量百分比的粉末颗粒能通过200（孔/in2）目的网，少于20％重量百分比的粉末颗粒能通过325目的网，该尺寸以外的颗粒以不多于10％为宜。在有0.5mm脚间距的器件印刷焊膏时，焊料颗粒尺寸应比常规小，可以选用颗粒尺寸是-300目+500目的焊膏。

2. 焊料粉末的形状决着粉末的氧化物含量，也决定着焊膏的可印性。球形焊料粉末在给定体积下总表面积最小，减少了可能发生的表面氧化的面积，并且一致性好，为使焊膏具备优良的印刷性能创造了条件。借助焊膏黏度测试仪可以从显示器上检测到焊粉末的形状。

3. 焊膏中金属的含量决定着焊缝的尺寸。随着金属所占百分含量的增加，焊缝尺寸也增加。但在给定黏度下，随金属含量的增加，焊料的桥连的倾向也相应增大。焊膏厚度一定时，金属含量对回流焊厚度的影响金属含量％ 厚度 （in） 湿焊膏 回流焊后焊料 90 0.009 0.0045 85 0.009 0.0035 80 0.009 0.0025 75 0.009 0.0020 回流焊后要求器件管脚焊接牢固，焊量饱满、光滑并在器件（阻容器件）端头高度方向上有1/3—2/3高度的焊料怎么爬长。从上表可以看出随着金属含量的减少，回流焊后焊料的厚度减少，为了满足对焊点的焊锡膏量的要求，通常选用85％--92％金属含量的焊膏，焊膏制作厂商一般将金属含量控制在89％或90％，使用效果越好。

4. 焊剂是焊膏载体的主要组分之一，现有的焊膏焊剂有三大类型：R型（松香焊剂），RMA型（适度活化的松香）以用RA型（全部活化的松香）。一般采用的是含有RMA型焊剂是以松香和称为活化剂的盐溶液组成的。这种焊剂靠盐激活，适合于消除轻微的氧化膜及其它污染，增加了熔化的焊料与焊盘、元件端焊头或孔线之间的润湿作用。它还可以作为回流焊之前的临时性粘合剂，使表面贴装器件在放置和传送过程中，始终固定在相应位置而不发生偏移，有些品牌的贴片机特别是高速贴片机，由于贴装速度快，贴片头和印刷板均要高速移动，此时这种特性尤为重要。

5. 焊膏在印刷后到回流焊前，要经过传输、贴片等工艺，焊膏在空气中有一段停留时间。另外，工作环境温度有时也有波动，而且在新品项目试生产过程中，由于贴片机供料器可器件封装形式等问题，有些器件要求手工进行贴放，因此焊膏在空气中停留的时间相对更长一些，这就要求焊膏的稳定性要好，焊剂的损失要慢，工作寿命要长。

6. 焊膏是触变性流体，当有恒定剪切应力或拉伸应力作用时，焊膏黏度随时间的延长而减小，这就意味着其结构逐渐瓦解，焊膏黏度随作用于其上的剪切应力的增加而降低，同时其黏度对温度也很敏感，随温度的升高黏度降低。漏印模板所用焊膏黏度为300-700Pa.s. 增加剪切应力和升高温度对具有相同多属含量和焊剂载体的焊膏黏度的影响焊膏制作厂商，会在按固定配方配置焊膏之后，对焊膏黏度进行测量。根据焊膏的敏感特性，在使用焊膏前除对其进行测试，一方面抽测焊膏品质稳定性，同时可以保证生产中使用的焊膏度与出厂配置焊膏黏度基本一致，发挥最好的使用效应。此时要注意的是：测试设备及黏度单位是否与焊膏制作厂商使用的一致，如不一致要进行换算后方可得出正确的结论。

  　刮板(squeegee)类型

刮板的磨损、压力和硬度决定印刷质量，应该仔细监测。对可接受的印刷品质，刮板边缘应该锋利和直线。刮板压力 低造成遗漏和粗糙的边缘，而刮板压力高或很软的刮板将引起斑点状的(smeared)印刷，甚至可能损坏刮板和模板或丝网。 过高的压力也倾向于从宽的开孔中挖出锡膏，引起焊锡圆角不够。 常见有两种刮板类型：橡胶或聚氨酯(polyurethane)刮板和金属刮板。当使用橡胶刮板时，使用70-90橡胶硬度计 (durometer)硬度的刮板。当使用过高的压力时，渗入到模板底部的锡膏可能造成锡桥，要求频繁的底部抹擦。为了防止 底部渗透，焊盘开口在印刷时必须提供密封(gasketing)作用。这取决于模板开孔壁的粗糙度。

金属刮刀也是常用的。随着更密间距元件的使用，金属刮刀的用量在增加。它们由不锈钢或黄铜制成，具有平的刀片 形状，使用的印刷角度为30~45°。一些刮刀涂有润滑材料。因为使用较低的压力，它们不会从开孔中挖出锡膏，还因为是 金属的，它们不象橡胶刮板那样容易磨损，因此不需要锋利。它们比橡胶刮板成本贵得多，并可能引起模板磨损。

使用不同的刮板类型在使用标准元件和密脚元件的印刷电路装配(PCA)中是有区分的。锡膏量的要求对每一种元件有很 大的不同。密间距元件要求比标准表面贴装元件少得多的焊锡量。焊盘面积和厚度控制锡膏量。 　　

    一些工程师使用双厚度的模板来对密脚元件和标准表面贴装焊盘施用适当的锡膏数量。其它工程师采用一种不同的方 法 - 他们使用不需要经常锋利的更经济的金属刮刀。用金属刮刀更容易防止锡膏沉积量的变化，但这种方法要求改良的模 板开孔设计来防止在密间距焊盘上过多的锡膏沉积。这个方法在工业上变得更受欢迎，但是，使用双厚度印刷的橡胶刮板 也还没有消失。  二、 模板制作

   焊膏印刷是表面贴装工艺中第一个关键工艺，特别是对于细间距的组装件，由于器件引线尺寸和引线线间隔很小，焊膏印刷需要精细的工艺控制，而印刷焊膏用的漏印模板是关键的工艺设备之一。

1. 制作厂商选择选择模板制作厂商很重要。

   选定前，要对厂商的设备先进性、交货周期、价格及售后服务进行综合评定，同时应注意到模板制作的几个关键：

①框架材料:为了满足强度要求又便于印刷操作，多采用中空铝合金型材，制作厂商应具有与用户丝印机相适应的型材材料。
②漏印模板材料及加工方法：对于有细脚间距组件的焊膏印刷来说，模板宜选用不锈钢箔板激光切割的加工工艺制作厂商应具备先进的激光切割设备，满足0.5mm脚间距器件的漏印要求及用户要求的印刷漏印最大范围。
③模板框架与模板的绷紧技术也是一个重要环节，绷网要平、要紧，保证焊膏印制板厚度的均匀一致性。黏结胶的黏性要求不受模板清洗剂的影响，不得出现多次印刷后脱网现象。
④模板MARK点要求制作精细，根据丝印机的要求可以加工成蚀透或半馈透，半蚀透的MARK点上涂黑胶，涂胶要求平整、圆滑。

2. 模板厚度的选择模板厚度要根据印制板上最小脚间距器件的情况而定，通常的经验数为：器件规格 模板厚度 1.27mmQFP 0.25mm-0.3mm 0.65mmQFP 0.18mm-0.2mm 0.5mmQFP 0.12mm-0.15mm 3. 模板开口尺寸的选择：为了控制焊接过程中出现焊球或桥接等质量问题，模板开口的尺寸通常情况下比焊盘图形尺寸略小，特别是对于0.5mm以下细间距器件来说，开口宽度应比相应焊盘宽度缩减15％-20％，由此引起的焊料量缺少可以通过适当加长焊盘长度方向设计尺寸来弥补。

     当设计已经定型或由于电路要求器件改型(如器件电极高度增加)而无法改变焊盘尺寸时，如发现回流焊后焊料量不足，爬升不够，可以在制作模板时将开口尺寸在焊盘长度方向上适当加大，但这样做由于焊膏超出焊盘印到了负责制板阻焊层上，会导致在器件端头周围出现焊球，应慎重使用?！?br />
     模板(stencil)类型

重要的印刷品质变量包括模板孔壁的精度和光洁度。保存模板宽度与厚度的适当的纵横比(aspect ratio)是重要的。 推荐的纵横比为1.5。这对防止模板阻塞是重要。一般，如果纵横比小于1.5，锡膏会保留在开孔内。除了纵横比之外，如 IPC-7525《模板设计指南》所推荐的，还要有大于0.66的面积比(焊盘面积除以孔壁面积)。IPC-7525可作为模板设计的一 个良好开端。

制作开孔的工艺过程控制开孔壁的光洁度和精度。有三种常见的制作模板的工艺：化学腐蚀、激光切割和加成 (additive)工艺。

化学腐蚀(chemically etched)模板

金属模板和柔性金属模板是使用两个阳性图形通过从两面的化学研磨来蚀刻的。在这个过程中，蚀刻不仅在所希望的 垂直方向进行，而且在横向也有。这叫做底切(undercutting) - 开孔比希望的较大，造成额外的焊锡沉积。因为50/50从 两面进行蚀刻，其结果是几乎直线的孔壁，在中间有微微沙漏形的收窄。

因为电蚀刻模板孔壁可能不平滑，电抛光，一个微蚀刻工艺，是达到平滑孔壁的一个方法。另一个达到较平滑孔壁的 方法是镀镍层(nickel plating)。抛光或平滑的表面对锡膏的释放是好的，但可能引起锡膏越过模板表面而不在刮板前滚 动。这个问题可通过选择性地抛光孔壁而不是整个模板表面来避免。镀镍进一步改善平滑度和印刷性能?？墒?，它减小了 开孔，要求图形调整

激光切割(laser-cut)模板

激光切割是另一种减去(subtractive)工艺，但它没有底切问题。模板直接从Gerber数据制作，因此开孔精度得到改 善。数据可按需要调整以改变尺寸。更好的过程控制也会改善开孔精度。激光切割模板的另一个优点是孔壁可成锥形?；?学蚀刻的模板也可以成锥形，如果只从一面腐蚀，但是开孔尺寸可能太大。板面的开口稍微比刮板面的大一点的锥形开孔 (0.001"~0.002"，产生大约2°的角度)，对锡膏释放更容易。

激光切割可以制作出小至0.004"的开孔宽度，精度达到0.0005"，因此很适合于超密间距(ultra-fine-pitch)的元件 印刷。激光切割的模板也会产生粗糙的边缘，因为在切割期间汽化的金属变成金属渣。这可能引起锡膏阻塞。更平滑的孔 壁可通过微蚀刻来产生。激光切割的模板如果没有预先对需要较薄的区域进行化学腐蚀，就不能制成台阶式多级模板。激 光一个一个地切割每一个开孔，因此模板成本是要切割的开孔数量而定。

电铸成型(electroformed)模板

制作模板的第三种工艺是一种加成工艺，最普遍地叫做电铸成型。在这个工艺中，镍沉积在铜质的阴极心上以形成开 孔。一种光敏干胶片叠层在铜箔上(大约0.25"厚度)。胶片用紫外光通过有模板图案的遮光膜进行聚合。经过显影后，在铜 质心上产生阴极图案，只有模板开孔保持用光刻胶(photoresist)覆盖。然后在光刻胶的周围通过镀镍形成了模板。在达 到所希望的模板厚度后，把光刻胶从开孔除掉。电铸成型的镍箔通过弯曲从铜心上分开 - 一个关键的工艺步骤。现在箔片 准备好装框，制作模板的其它步骤。 　　

    电铸成型台阶式模板可以做得到，但成本增加。由于可达到精密的公差，电铸成型的模板提供良好的密封作用，减少 了模板底面的锡膏渗漏。这意味着模板底面擦拭的频率显著地降低，减少潜在的锡桥。 　　

结论 　　

   化学腐蚀和激光切割是制作模板的减去工艺?；纯坦ひ帐亲罾系?、使用最广的。激光切割相对较新，而电铸成型 模板是最新时兴的东西。

三、 工艺控制

    根据不同的产品，在印刷程序中设置相应的印刷工艺参数，如工作温度、工作压力、刮刀速度、模板自动清洁周期等，同时要制定严格的工艺管理制定及工艺规程。

1. 严格按照指定品牌在有效期内使用焊膏，平日焊膏保存在冰箱中，使用前要求置于室温6小时以上，之后方可开盖使用，用后的焊膏单独存放，再用时要确定品质是否合格。

2. 生产前操作者使用专用不锈钢棒搅拌焊膏使其均匀，并定时用黏度测试仪对焊膏黏度进行抽测。

3. 当日当班印刷首块印刷析或设备调整后，要利用焊膏厚度测试仪对焊膏印刷厚度进行测定，测试点选在印刷板测试面的上下，左右及中间等5点，记录数值，要求焊膏厚度范围在模板厚度-10％-模板厚度+15％之间。

4. 生产过程中，对焊膏印刷质量进行100％检验，主要内容为焊膏图形是否完整、厚度是否均匀、是否有焊膏拉尖现象。

5. 当班工作完成后按工艺要求清洗模板。

6. 在印刷实验或印刷失败后，印制板上的焊膏要求用超声波清洗设备进行彻底清洗并晾干，以防止再次使用时由于板上残留焊膏引起的回流焊后出现焊球。

结束语　

    为了达到良好的印刷结果，必须有正确的锡膏材料(黏度、金属含量、最大粉末尺寸和尽可能最低的助焊剂活性)、正确的工具(印刷机、模板和刮刀)和正确的工艺过程(良好的定位、清洁拭擦)的结合。经实践，通过生产过程中对焊膏印刷的全程控制，可以确保产品获得良好的焊接质量，并有利于质量问题的跟踪和分析。