清华大学基础工业训练中心 王豫明 王天曦

前言

随着SMT朝着细间距元件的方向发展，SMD封装引脚的密度越来越密，封装尺寸减小的趋势对焊膏印刷形成了严峻挑战。统计表明，有50％以上的装配缺陷是由于焊膏印刷造成的3，因此焊膏印刷成为影响SMT装配质量的主要因素。

众所周知，焊膏印刷中，有3个主要因素影响印刷质量：设备、焊膏选择以及模板的选择。设备主要是根据生产线整体要求购置，本文不做研究。模板的选择所考虑的主要因素：模板设计、开口设计、模板印刷实施。而模板制造技术包括：化学蚀刻、激光切割、电解抛光、电镀和电铸成形。焊膏偏重于实验选择，可以向焊膏供应商提供一定的焊粉尺寸、合金含量等要求，选择几家焊膏供应商的样品进行实验，依据实验所得的数据而判断最适合于本企业产品的最佳焊膏。

模板选择

模板厚度与开口设计

当焊膏印刷时，模板厚度和模板开口尺寸的设计有一定的相互关系，这种关系用面积比(AR．指模板的开口面积与开口侧壁面积的比值)来衡量，它是模板设计中最重要的参数。一般激光模板AR大于0．66，电铸模板大于0．6。这种设计使印刷清晰度与焊膏的沉积量之间达到平衡，避免焊点焊料不足，并减少桥接的产生。在模板厚度选定的情况下，根据面积比原则选择合适宽度，太小的模板开口导致焊点开路或焊点焊料不足；太大的开口容易引起桥接。表1提供了模板厚度与开口宽度之间的设计指导2。

模板的开口设计与焊盘

对于一次印刷产生的焊点，为了能够将足够的焊膏量传递到非细间距的焊盘上、同时避免过量的焊膏沉积在细间距焊盘上，模板的厚度必须仔细设计。为了能适应焊盘的最小尺寸，同时兼顾大焊盘的焊膏量，有几种方法能使沉积到焊盘上焊膏量达到适量，它们分别为：

●局部减薄模板

这种模板在细间距和非细间距焊盘部分拥有不同的模板厚度，通常的尺寸组合是：0．008in．(0．2mm)用于非细间距、0．006in．(0．1 5mm)用于细间距；或0．006in．(0．1 5mm)用于非细间距、0．004in．(0．10mm)用于细间距。

    

●开口的四边均匀减小

模板上细间距开口尺寸与焊盘上的尺寸相比，被减小10％-30％。这样减少了焊盘上的焊膏沉积量。也为焊膏印刷中开口与焊盘的重合不良和焊膏塌陷提供了一些空间。

●交错印刷

模板只开焊盘一半的长度，并以交错方式排列，对于锡一铅涂层焊盘，当焊膏在焊接期间开始熔化时，熔化的焊料被认为是朝焊盘的另一半流去，达到完全覆盖。对于裸铜或镍表面，熔化的焊料可能不会流到没有印刷焊膏的另一半焊盘面积上去，因此裸铜或镍表面的PCB，慎重考虑此方法。

●其他形状

模板开口形状是以某种选定形式，如三角形、泪滴形等，达到减少细间距焊盘上焊膏沉积量的目的。

●折衷模板厚度

选一个折衷的模板厚度，使其既适合细间距焊盘又适合于非细间距焊盘；来取代不同的焊盘所需的各种不同的模板厚度。

模板材料选择

在选定模板厚度和开口尺寸的条件下，模板的性能主要受到模板金属板材和模板的开口加工工艺的影响。目前市场上有5种模板板材：黄铜、不锈钢、钼、42号合金和电铸镍。制造模板的工艺包括：化学蚀刻、激光切割、电解抛光、电镀和电铸成形。每种板材或制造工艺都有其固有优势和局限性。评估模板性能的关键项目有：开口壁垂直性、墙壁的光滑性、以及尺寸精度。除此之外．耐久性、抗化学性、良好的开口能力以及成本也都是重要因素。表2将各种模板材料进行了比较，表3将模板制造技术的相对性能特点进行总结。

焊膏选择

焊膏是一种膏状形式的焊料，由于其独特的优点对于工业界具有特别的重要性。焊膏具有可变形的黏弹性形式，其形状和尺寸可挑选使用。焊膏的黏性提供了一种粘接能力，在元件与焊盘形成永久的冶金连接以前，保持元件在焊盘上而无需附加的粘胶。焊膏的金属特性提供了相对高的导电率和热传导率。因此，对于表面安装制造而言，焊膏既适应于自动化生产又有一定的黏性同时具有高传导率，所以焊膏是最具有生命力的材料。它为电子封装和装配提供了电、热和机械的互连。

焊膏选择通常有焊粉尺寸、合金含量以及粘度。通常合金含量在90％左右，粘度1000Pa．s左右4。焊料合金粉末颗粒的尺寸、形状及其均匀性是影响焊膏性能的重要参数，影响焊膏的印刷性、脱模性和可焊性。细小颗粒的焊膏印刷性比较好，特别对于高密度、窄间距的产品，由于细间距模板开口尺寸小