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         表面貼裝技術自本世紀六十年代問世以來，經過三十年的不斷發斷，貼裝設備向速化、高精度、適合柔性生產的方向發展；表面貼裝器件向高集成化、超小型封裝發展、表面貼裝典型的工藝流程是：焊膏印刷到貼裝器件到回流焊接到測試。在表面貼裝工藝控制過程中，優秀的焊膏印刷質量，就要對焊膏選擇、模板制作和印刷過程中工藝參數及工藝管理等進行嚴格控制。

一、 焊膏的選擇

    焊膏（Solder Paste）是一種回流焊工藝要求的混合物，包含金屬粉狀的焊料、焊劑、作為載體的有機材料、各種成分的懸浮媒質以及其他添加劑。焊膏選擇的基本原則是： ① 合金粉末的顆粒大小及形狀； ② 金屬粉末的含量； ③ 焊劑類型； ④ 焊膏的穩定性。

1. 焊料顆粒的尺寸一般為-200目/+325目，即至少99％重量百分比的粉末顆粒能通過200（孔/in2）目的網，少于20％重量百分比的粉末顆粒能通過325目的網，該尺寸以外的顆粒以不多于10％為宜。在有0.5mm腳間距的器件印刷焊膏時，焊料顆粒尺寸應比常規小，可以選用顆粒尺寸是-300目+500目的焊膏。

2. 焊料粉末的形狀決著粉末的氧化物含量，也決定著焊膏的可印性。球形焊料粉末在給定體積下總表面積最小，減少了可能發生的表面氧化的面積，并且一致性好，為使焊膏具備優良的印刷性能創造了條件。借助焊膏黏度測試儀可以從顯示器上檢測到焊粉末的形狀。

3. 焊膏中金屬的含量決定著焊縫的尺寸。隨著金屬所占百分含量的增加，焊縫尺寸也增加。但在給定黏度下，隨金屬含量的增加，焊料的橋連的傾向也相應增大。焊膏厚度一定時，金屬含量對回流焊厚度的影響金屬含量％ 厚度 （in） 濕焊膏 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腳焊接牢固，焊量飽滿、光滑并在器件（阻容器件）端頭高度方向上有1/3—2/3高度的焊料怎么爬長。從上表可以看出隨著金屬含量的減少，回流焊后焊料的厚度減少，為了滿足對焊點的焊錫膏量的要求，通常選用85％--92％金屬含量的焊膏，焊膏制作廠商一般將金屬含量控制在89％或90％，使用效果越好。

4. 焊劑是焊膏載體的主要組分之一，現有的焊膏焊劑有三大類型：R型（松香焊劑），RMA型（適度活化的松香）以用RA型（全部活化的松香）。一般采用的是含有RMA型焊劑是以松香和稱為活化劑的鹽溶液組成的。這種焊劑靠鹽激活，適合于消除輕微的氧化膜及其它污染，增加了熔化的焊料與焊盤、元件端焊頭或孔線之間的潤濕作用。它還可以作為回流焊之前的臨時性粘合劑，使表面貼裝器件在放置和傳送過程中，始終固定在相應位置而不發生偏移，有些品牌的貼片機特別是高速貼片機，由于貼裝速度快，貼片頭和印刷板均要高速移動，此時這種特性尤為重要。

5. 焊膏在印刷后到回流焊前，要經過傳輸、貼片等工藝，焊膏在空氣中有一段停留時間。另外，工作環境溫度有時也有波動，而且在新品項目試生產過程中，由于貼片機供料器可器件封裝形式等問題，有些器件要求手工進行貼放，因此焊膏在空氣中停留的時間相對更長一些，這就要求焊膏的穩定性要好，焊劑的損失要慢，工作壽命要長。

6. 焊膏是觸變性流體，當有恒定剪切應力或拉伸應力作用時，焊膏黏度隨時間的延長而減小，這就意味著其結構逐漸瓦解，焊膏黏度隨作用于其上的剪切應力的增加而降低，同時其黏度對溫度也很敏感，隨溫度的升高黏度降低。漏印模板所用焊膏黏度為300-700Pa.s. 增加剪切應力和升高溫度對具有相同多屬含量和焊劑載體的焊膏黏度的影響焊膏制作廠商，會在按固定配方配置焊膏之后，對焊膏黏度進行測量。根據焊膏的敏感特性，在使用焊膏前除對其進行測試，一方面抽測焊膏品質穩定性，同時可以保證生產中使用的焊膏度與出廠配置焊膏黏度基本一致，發揮最好的使用效應。此時要注意的是：測試設備及黏度單位是否與焊膏制作廠商使用的一致，如不一致要進行換算后方可得出正確的結論。

  　刮板(squeegee)類型

刮板的磨損、壓力和硬度決定印刷質量，應該仔細監測。對可接受的印刷品質，刮板邊緣應該鋒利和直線。刮板壓力 低造成遺漏和粗糙的邊緣，而刮板壓力高或很軟的刮板將引起斑點狀的(smeared)印刷，甚至可能損壞刮板和模板或絲網。 過高的壓力也傾向于從寬的開孔中挖出錫膏，引起焊錫圓角不夠。 常見有兩種刮板類型：橡膠或聚氨酯(polyurethane)刮板和金屬刮板。當使用橡膠刮板時，使用70-90橡膠硬度計 (durometer)硬度的刮板。當使用過高的壓力時，滲入到模板底部的錫膏可能造成錫橋，要求頻繁的底部抹擦。為了防止 底部滲透，焊盤開口在印刷時必須提供密封(gasketing)作用。這取決于模板開孔壁的粗糙度。

金屬刮刀也是常用的。隨著更密間距元件的使用，金屬刮刀的用量在增加。它們由不銹鋼或黃銅制成，具有平的刀片 形狀，使用的印刷角度為30~45°。一些刮刀涂有潤滑材料。因為使用較低的壓力，它們不會從開孔中挖出錫膏，還因為是 金屬的，它們不象橡膠刮板那樣容易磨損，因此不需要鋒利。它們比橡膠刮板成本貴得多，并可能引起模板磨損。

使用不同的刮板類型在使用標準元件和密腳元件的印刷電路裝配(PCA)中是有區分的。錫膏量的要求對每一種元件有很 大的不同。密間距元件要求比標準表面貼裝元件少得多的焊錫量。焊盤面積和厚度控制錫膏量。 　　

    一些工程師使用雙厚度的模板來對密腳元件和標準表面貼裝焊盤施用適當的錫膏數量。其它工程師采用一種不同的方 法 - 他們使用不需要經常鋒利的更經濟的金屬刮刀。用金屬刮刀更容易防止錫膏沉積量的變化，但這種方法要求改良的模 板開孔設計來防止在密間距焊盤上過多的錫膏沉積。這個方法在工業上變得更受歡迎，但是，使用雙厚度印刷的橡膠刮板 也還沒有消失。  二、 模板制作

   焊膏印刷是表面貼裝工藝中第一個關鍵工藝，特別是對于細間距的組裝件，由于器件引線尺寸和引線線間隔很小，焊膏印刷需要精細的工藝控制，而印刷焊膏用的漏印模板是關鍵的工藝設備之一。

1. 制作廠商選擇選擇模板制作廠商很重要。

   選定前，要對廠商的設備先進性、交貨周期、價格及售后服務進行綜合評定，同時應注意到模板制作的幾個關鍵：

①框架材料:為了滿足強度要求又便于印刷操作，多采用中空鋁合金型材，制作廠商應具有與用戶絲印機相適應的型材材料。
②漏印模板材料及加工方法：對于有細腳間距組件的焊膏印刷來說，模板宜選用不銹鋼箔板激光切割的加工工藝制作廠商應具備先進的激光切割設備，滿足0.5mm腳間距器件的漏印要求及用戶要求的印刷漏印最大范圍。
③模板框架與模板的繃緊技術也是一個重要環節，繃網要平、要緊，保證焊膏印制板厚度的均勻一致性。黏結膠的黏性要求不受模板清洗劑的影響，不得出現多次印刷后脫網現象。
④模板MARK點要求制作精細，根據絲印機的要求可以加工成蝕透或半饋透，半蝕透的MARK點上涂黑膠，涂膠要求平整、圓滑。

2. 模板厚度的選擇模板厚度要根據印制板上最小腳間距器件的情況而定，通常的經驗數為：器件規格 模板厚度 1.27mmQFP 0.25mm-0.3mm 0.65mmQFP 0.18mm-0.2mm 0.5mmQFP 0.12mm-0.15mm 3. 模板開口尺寸的選擇：為了控制焊接過程中出現焊球或橋接等質量問題，模板開口的尺寸通常情況下比焊盤圖形尺寸略小，特別是對于0.5mm以下細間距器件來說，開口寬度應比相應焊盤寬度縮減15％-20％，由此引起的焊料量缺少可以通過適當加長焊盤長度方向設計尺寸來彌補。

     當設計已經定型或由于電路要求器件改型(如器件電極高度增加)而無法改變焊盤尺寸時，如發現回流焊后焊料量不足，爬升不夠，可以在制作模板時將開口尺寸在焊盤長度方向上適當加大，但這樣做由于焊膏超出焊盤印到了負責制板阻焊層上，會導致在器件端頭周圍出現焊球，應慎重使用?！?br />
     模板(stencil)類型

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的縱橫比(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。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。

制作開孔的工藝過程控制開孔壁的光潔度和精度。有三種常見的制作模板的工藝：化學腐蝕、激光切割和加成 (additive)工藝。

化學腐蝕(chemically etched)模板

金屬模板和柔性金屬模板是使用兩個陽性圖形通過從兩面的化學研磨來蝕刻的。在這個過程中，蝕刻不僅在所希望的 垂直方向進行，而且在橫向也有。這叫做底切(undercutting) - 開孔比希望的較大，造成額外的焊錫沉積。因為50/50從 兩面進行蝕刻，其結果是幾乎直線的孔壁，在中間有微微沙漏形的收窄。

因為電蝕刻模板孔壁可能不平滑，電拋光，一個微蝕刻工藝，是達到平滑孔壁的一個方法。另一個達到較平滑孔壁的 方法是鍍鎳層(nickel plating)。拋光或平滑的表面對錫膏的釋放是好的，但可能引起錫膏越過模板表面而不在刮板前滾 動。這個問題可通過選擇性地拋光孔壁而不是整個模板表面來避免。鍍鎳進一步改善平滑度和印刷性能?？墒?，它減小了 開孔，要求圖形調整

激光切割(laser-cut)模板

激光切割是另一種減去(subtractive)工藝，但它沒有底切問題。模板直接從Gerber數據制作，因此開孔精度得到改 善。數據可按需要調整以改變尺寸。更好的過程控制也會改善開孔精度。激光切割模板的另一個優點是孔壁可成錐形?；?學蝕刻的模板也可以成錐形，如果只從一面腐蝕，但是開孔尺寸可能太大。板面的開口稍微比刮板面的大一點的錐形開孔 (0.001"~0.002"，產生大約2°的角度)，對錫膏釋放更容易。

激光切割可以制作出小至0.004"的開孔寬度，精度達到0.0005"，因此很適合于超密間距(ultra-fine-pitch)的元件 印刷。激光切割的模板也會產生粗糙的邊緣，因為在切割期間汽化的金屬變成金屬渣。這可能引起錫膏阻塞。更平滑的孔 壁可通過微蝕刻來產生。激光切割的模板如果沒有預先對需要較薄的區域進行化學腐蝕，就不能制成臺階式多級模板。激 光一個一個地切割每一個開孔，因此模板成本是要切割的開孔數量而定。

電鑄成型(electroformed)模板

制作模板的第三種工藝是一種加成工藝，最普遍地叫做電鑄成型。在這個工藝中，鎳沉積在銅質的陰極心上以形成開 孔。一種光敏干膠片疊層在銅箔上(大約0.25"厚度)。膠片用紫外光通過有模板圖案的遮光膜進行聚合。經過顯影后，在銅 質心上產生陰極圖案，只有模板開孔保持用光刻膠(photoresist)覆蓋。然后在光刻膠的周圍通過鍍鎳形成了模板。在達 到所希望的模板厚度后，把光刻膠從開孔除掉。電鑄成型的鎳箔通過彎曲從銅心上分開 - 一個關鍵的工藝步驟?，F在箔片 準備好裝框，制作模板的其它步驟。 　　

    電鑄成型臺階式模板可以做得到，但成本增加。由于可達到精密的公差，電鑄成型的模板提供良好的密封作用，減少 了模板底面的錫膏滲漏。這意味著模板底面擦拭的頻率顯著地降低，減少潛在的錫橋。 　　

結論 　　

   化學腐蝕和激光切割是制作模板的減去工藝?；瘜W蝕刻工藝是最老的、使用最廣的。激光切割相對較新，而電鑄成型 模板是最新時興的東西。

三、 工藝控制

    根據不同的產品，在印刷程序中設置相應的印刷工藝參數，如工作溫度、工作壓力、刮刀速度、模板自動清潔周期等，同時要制定嚴格的工藝管理制定及工藝規程。

1. 嚴格按照指定品牌在有效期內使用焊膏，平日焊膏保存在冰箱中，使用前要求置于室溫6小時以上，之后方可開蓋使用，用后的焊膏單獨存放，再用時要確定品質是否合格。

2. 生產前操作者使用專用不銹鋼棒攪拌焊膏使其均勻，并定時用黏度測試儀對焊膏黏度進行抽測。

3. 當日當班印刷首塊印刷析或設備調整后，要利用焊膏厚度測試儀對焊膏印刷厚度進行測定，測試點選在印刷板測試面的上下，左右及中間等5點，記錄數值，要求焊膏厚度范圍在模板厚度-10％-模板厚度+15％之間。

4. 生產過程中，對焊膏印刷質量進行100％檢驗，主要內容為焊膏圖形是否完整、厚度是否均勻、是否有焊膏拉尖現象。

5. 當班工作完成后按工藝要求清洗模板。

6. 在印刷實驗或印刷失敗后，印制板上的焊膏要求用超聲波清洗設備進行徹底清洗并晾干，以防止再次使用時由于板上殘留焊膏引起的回流焊后出現焊球。

結束語　

    為了達到良好的印刷結果，必須有正確的錫膏材料(黏度、金屬含量、最大粉末尺寸和盡可能最低的助焊劑活性)、正確的工具(印刷機、模板和刮刀)和正確的工藝過程(良好的定位、清潔拭擦)的結合。經實踐，通過生產過程中對焊膏印刷的全程控制，可以確保產品獲得良好的焊接質量，并有利于質量問題的跟蹤和分析。