在一塊典型的PCB（印刷電路板）上，可能有幾百個元件，600到1,000個聯接點（即焊盤pad）。因此這些端點的焊接不合格率必須維持在一個最小值。一般來說，PCB不能通過測試而須要返工的有60%是由于錫膏（solder paste）絲印質量差而造成的。本文將討論絲?。?/span>screen printing）的基本要素，并探討生產中持續(xù)的完美絲印品質所需的技術。

　　在錫膏絲印中有三個關鍵的要素，這里叫做三個S：Solder paste（錫膏），Stencils（絲印模板），和Squeegees（絲印刮刀）。三個要素的正確結合是持續(xù)的絲印品質的關鍵所在。
　　錫膏（第一個S）
　　錫膏是錫珠和松香（resin）的結合物，松香的功能是在回流（reflowing）焊爐的第一階段，除去元件引腳、焊盤和錫珠上的氧化物，這個階段在150°C持續(xù)大約三分鐘。（resin有時叫做rosin,嚴格地說，resin是天然產品，而rosin是人造產品。）焊錫是鉛、錫和銀的合金，在回流焊爐的第二階段，大約220°C時回流。銀和松香都起幫助熔化焊錫和濕潤（wetting）以達到回流的作用，即助焊劑的作用。（濕潤wetting：是焊接效果的描述詞，被焊物好象被錫所浸“濕”。）
　　球狀的焊錫顆粒制造成各種混合尺寸，然后篩選、分級，錫膏是按照錫珠的大小來分級的，如下：
　　2型：75-53mm
　　3型：53-38mm
　　4型：38-25mm（m=micron=0.001mm）
　　三球定律
　　三球定律給生產提供了一個選擇絲印模板的簡單公式，錫膏中錫珠的大小必須與絲印模板相匹配，如下所述：
　　經驗公式：
　　?至少有三個最大直徑的錫珠能垂直地排在絲印模板的厚度方向上。
　　?至少有三個最大直徑的錫珠能水平地排在絲印模板的最小孔的寬度方向上。
　　計算略為復雜，因為錫珠是用米制micron（m）來度量，而絲印模板厚度的工業(yè)標準是美國的專用單位thou!
　　（1mm=1x10-3mm,1thou=1x10-3inches,25mm?1thou.）
　　錫膏類型 3x最大的錫珠尺寸 最接近的模板厚度
　　2型：75-53m 3x75m=225m=9.0thou 9 thou
　　3型：53-38m 3x53m=159m=6.4thou 6 thou
　　4型：38-25m 3x38m=114m=4.6thou 4 thou
　　絲印孔的尺寸是由元件引腳間隔（pitch）決定的，焊盤的尺寸一般是引腳間隔的一半。（絲印孔的尺寸實際上可能比焊盤（pad）尺寸小一點），例如，25thou（0.63mm）的間隔，絲印孔為12.5thou。因此錫膏的選用必須滿足絲印模板上最小的絲印孔：
　　元件最小引腳間隔 最小絲印孔 合適的錫膏類型
　　16 thou 8 thou 2型：75-53m
　　12 thou 6 thou 3型：53-38m
　　8 thou 4 thou 4型：38-25m
　　因此，絲印模板的厚度通常是決定因素，大多數應用是選擇標準的6thou厚的絲印模板，3型的錫膏。
　　粘度
　　粘度是錫膏的一個重要特性，從動態(tài)方面來說，在絲印行程中，其粘性越低，則流動性越好，易于流入絲印孔內，印到PCB的焊盤上。從靜態(tài)方面考慮，絲印刮過后，錫膏停留在絲印孔內，其粘性高，則保持其填充的形狀，而不會往下塌陷，這一點對于等待貼片前絲印在焊盤上的錫膏更為重要。
　　錫膏在其容器罐內的粘度是使用一種精巧的、通常很昂貴的實驗室粘度計測量而得的。標準的粘度是在大約500kcps-1200kcps范圍內，較為典型的800kcps用于模板絲印是理想的。判斷錫膏是否具有正確的粘度有一種更為實際和經濟的方法，如下：
　　用刮勺在容器罐內攪拌錫膏約30秒鐘，然后挑起一些錫膏，高出容器罐三、四英寸，讓錫膏自行往下滴，開始時應該象稠的糖漿一樣滑落而下，然后分段斷裂落下到容器罐內。如果錫膏不能滑落，則太稠，如果一直落下而沒有斷裂，則太稀，粘度太低。
　　絲印模板（第二個S）
　　歷史上，使用一種厚的乳膠絲網，它有別于絲印模板，現在只有少數錫膏絲印機使用。金屬模板比乳膠絲網普遍得多，優(yōu)越得多，并且也不會太貴。
　　厚乳膠絲網
　　錫膏印刷技術源自于完善建立的工業(yè)絲?。?/span>silk screen printing）行業(yè)，因此術語“絲印”被源用到這種要求較稠沉淀物的錫膏印刷。厚乳膠絲網原本比金屬模板經濟得多，但使用壽命不長，而且用于密腳（fine pitch）也不實際。
　　制造過程如下：
　　在框架上張布一張尼龍、聚酯纖維或不銹鋼的絲網。不銹鋼絲是最好的，因為其剛性。工業(yè)絲印用的網很細密，大約每英寸400絲，這樣細小的油墨粒子（2-3μm）才可以很流暢地通過絲網。為了使錫珠通過絲網，建議采用一種粗糙得多的絲網，大約每英寸80絲。絲網上涂蓋光敏乳膠，通常約十層以封住網孔，形成一層典型的8thou的厚度。將正趨光性（黑色焊盤）透明玻璃放在上面，然后用很強的紫外光來曝光（如：2kw，幾秒鐘）。曝光區(qū)域變硬，軟的地方沒曝光，可被洗掉而留下網孔。因此，絲印時錫膏可以通過這些孔來印刷。
　　絲印刮刀（squeegee）是利用泵作用原理將錫膏壓擠通過絲網，因此要使用一種軟的橡膠刮刀（見刮刀部分）。絲印時絲網與PCB之間留有1-3mm的間隙，刮刀將絲網壓低和PCB接觸，隨后“撕開”。這種作用是必要的，否則，錫膏會滯留在絲網上而不是在PCB的焊盤上。
　　厚乳膠絲網的應用，其局限性主要是由于開孔上有絲網的阻礙，得到的絲印沉淀物有限，不可以用于小于30thou的密間隔。
　　金屬模板
　　金屬模板現在在大多數的錫膏絲印機上使用。其組成是薄金屬板上開有小孔，錫膏從中印出，解決了前面網印的沉淀物無規(guī)律的問題。不要求絲印刮刀有泵作用，因為錫膏可以很容易流過開孔。也不要求模板與PCB之間有間隙。
　　有三種制造金屬模板的方法：化學、激光和電蝕。
　　化學腐蝕
　　現時絲印模板主要是這種方法制造的，過程如下：
　　取薄銅板，或更普遍的不銹鋼板，在兩面涂蓋光敏耐酸物，正趨光性（黑色焊盤）模版分別疊放在兩面，用強力紫外光曝光。曝光區(qū)域變硬，而軟的焊盤區(qū)域可以被沖洗掉。然后將板放入酸中洗浴，從兩面腐蝕掉所希望孔。
　　金屬板兩邊的正趨光性模版的相互定位是關鍵性的，特別是密引腳間隔的元件。如果模版定位不好，孔會形成斜坡，造成絲印不好，出現這種情況的機會通常是十分之一，但在過去幾年中，該問題很大成度上被解決了，因為改進的CAD數據和制造技術使失誤率下降到大約五十分之一。成功的技術將使得模版如同一個信封，將空板放入，可達到2-20micron的精度。
　　孔壁不能達到太平整，因為酸是逐步腐蝕到孔內，但也會往板的橫向腐蝕。形成一個“8”字形截面。
　　但是，由于絲印模板很薄，所以通常這不是問題。
　　激光刻制模板
　　另一個技術是使用電腦控制的CO2或YAG激光從板的一面切割出絲孔，可能要花去大約半個小時來刻制一塊模板，開孔區(qū)越大，時間就越多，費用也越高。激光機大約成本為400,000美元，因此激光使用時間昂貴，結果通常一塊模板費用是化學腐蝕的三倍。
　　該系統很精密，但除了成本貴外，還有一個缺點：激光將熔化的金屬切割出絲孔，同時也容易熔化模板表面，造成表面粗糙。因此需要用沙拋光或用化學方法來清洗表面，留下幾個micron的粗糙度，看上去好象表面暗淡，對聚酯刮刀有磨損作用，并且使得模板難以清潔，雖然有人認為粗糙度將有助于錫膏的“滾動”。
　　電蝕模板
　　電蝕模板現時約占使用的2-3%，其制造過程是加成的，不象其它工藝，模板成形方法如下：
　　用光敏絕緣乳膠埋蓋住芯板（基板），通過負趨光性模版（焊盤區(qū)透明，非絲印區(qū)不透明）用紫外光曝光。焊盤區(qū)域變硬，其它區(qū)域被清洗掉，然后將芯板浸浴在酸性電解溶液內，作為陰極聯接在電源上，陽極為耗損性鎳。經過幾個小時，鎳就沉淀在導電區(qū)域（非焊盤），并可以象一張紙一樣撕下，形成絲孔。
　　這種模板有比其它模板優(yōu)越的地方，孔的內壁很平滑，可以作成梯形，即底部比上部稍寬，1-2°的角度，這有助于錫膏穿過模板印到PCB上。在孔的底部四周形成10-20micron的“尖頭”，在焊盤周圍形成一圈邊框，絲印時有助于錫膏準確地停留在焊盤上，成本大約比化學腐蝕高30%。
　　刮刀（第三個S）
　　刮刀有兩種形式：菱形和拖裙形，拖裙形分成聚乙烯（或類似）材料和金屬。
　　菱形
　　這種形式現在已很不普遍了，雖然還在使用，特別在美國和日本。它由截面為大約10mmx10mm的正方形組成，由夾板夾住，形成兩面45°的角度：這種刮刀可以兩個方向工作，每個行程末都會跳過錫膏條，因此只要一個刮刀?？墒牵@樣很容易弄臟，因為錫膏會往上跑，而不是只停留在聚乙烯的很少的暴露部分。其撓性不夠意味著不能貼合扭曲變形的PCB，可能造成漏印區(qū)域。不可調節(jié)。
　　拖裙形
　　這種形式很普遍，由截面為矩形的聚乙烯構成，夾板支持，需要兩個刮刀，一個絲印行程方向一個刮刀。無需跳過錫膏條，因錫膏就在兩個刮刀之間，每個行程的角度可以單獨決定。
　　大約40mm刮刀是暴露的，而錫膏只向上走15-20mm，所以這種形式更干凈些。
　　刮刀是按硬度范圍和顏色代號來區(qū)分的，例如：
　　60-65shore very soft 紅色
　　70-75shore soft 綠色
　　80-85shore hard 藍色
　　90 + shore very hard 白色
　　使用之前，刮刀須調節(jié)，使其導向邊成直線并平行，先檢查其邊是否成直線，如果不，調節(jié)夾板的固定螺絲。
　　刮刀作用
　　和金屬模板比較來看，刮刀的動力學要求對乳膠絲網是不同的。
　　在乳膠絲網上，刮刀需要推動其前面的錫膏，將錫膏泵壓通過絲網而印到絲印區(qū)域，要到達這種作用需使用一種軟的刮刀（70-75shore，綠色），其自身在與絲網接觸的地方發(fā)生變形。
　　甚至可用更軟的刮刀（60-65shore,紅色）來在厚的混合陶瓷基底上絲印油墨。
　　使用金屬模板時，刮刀將錫膏在前面滾動，無須泵作用即可流入絲孔內，然后刮去多余錫膏，在PCB焊盤上留下與模板一樣厚的錫膏。不需要也不指望刮刀的變形，因此可以使用較硬的（即：80-85shore，藍色）或金屬的刮刀。
　　刮刀硬度與壓力必須協調，如果壓力太小，刮刀將刮不干凈模板上的錫膏，如果壓力太大，或刮板太軟，那么刮板將沉入模板上較大的孔內將錫膏挖出。
　　壓力的經驗公式
　　在金屬模板上使用藍色刮板，為了得到正確的壓力，開始時在每50mm的刮板長度上施加1kg壓力，例如300mm的刮板施加6kg的壓力，逐步減少壓力直到錫膏開始留在模板上刮不干凈，然后再增加1kg壓力。在錫膏刮不干凈開始到刮板沉入絲孔內挖出錫膏之間，應該有1-2kg的可接受范圍都可以到達好的絲印效果。
　　金屬刮板
　　在控制較好的情況下，利用聚乙烯刮板可以達到非常好的效果，而金屬刮板在生產中也是很好的，同時可解決一些聚乙烯所產生的問題。
　　但記住，它不適用于乳膠絲網，因為會造成過度的磨損，并且沒有泵錫膏的作用。
　　由金屬刀片固定于支架組成，大約40mm的伸出。不象聚乙烯刀片，它有很直的邊線，使用前無須調整。相對于聚乙烯的大約3-9個月壽命來說，其壽命是無限的。
　　雖然整個刀片有短暫的柔性來接納變形翹起的PCB，但其邊不退讓和變形沉入絲孔的事實使它具有其幾個優(yōu)點，不管絲孔的大小如何，較大范圍的壓力（即：4-15kg）都可得到好的絲印效果。6thou的模板決定了絲印厚度也是6thou，這就避免了因操作員和其它條件的不同而產生的變化?？煽康慕z印厚度是特別重要的，因為表面貼附元件的同平面度允許誤差是4thou，所以絲印厚度至少必須是5thou。
　　由于金屬模板和金屬刮板絲印出的錫膏很飽滿，一些使用者發(fā)現當他們轉換時，得到的絲印厚度太厚。這個可以通過減少模板的厚度的方法來糾正，但最好是減少（“微調”）絲孔的長和寬10%，以減少焊盤上錫膏的面積。這樣就意味著焊盤的定位變得不很重要了，模板與焊盤之間的框架密封得到改善，減少了錫膏在模板底和PCB之間的“炸開”。絲印模板底面的清潔次數由每5或10次絲印清潔一次減少到每50次絲印清潔一次。
　　模板與絲印后PCB的分開
　　絲印完后，PCB與絲印模板分開，將錫膏留在PCB上而不是絲印孔內。
　　對于最細密絲印孔來說，模板的厚度很重要，因為絲孔的孔壁相對于焊盤面積變得很重要，錫膏可能會更容易粘附在孔壁上而不是焊盤上。
　　焊盤面積=wxd絲孔內壁面積=2（wxh）+2（dxh）
　　焊盤面積的經驗公式，盡可能不小于孔內壁的面積。例如：
　　PCB上最密引腳間隔是25thou，因此最小的焊盤寬度為12.5thou或3mm，乘以比如說2mm的長度，模板為6thou（0.15mm）厚度。
　　焊盤面積=0.3mmx2mm=0.6mm2
　　絲孔內壁面積=2x（0.15mmx0.3mm）+2x（0.15mmx2mm）=0.69mm2
　　將模板厚度減少為4thou（0.1mm）可將情況得到改善。
　　絲孔內壁面積=2x（0.10mmx0.3mm）+2x（0.1mmx2mm）=0.46mm2
　　不過，有兩個因素是有利的，第一，焊盤是一個連續(xù)的面積，而絲孔內壁大多數情況分為四面，有助于釋放錫膏；第二，重力和與焊盤的粘附力一起，在絲印和分離所花的2-6秒時間內，將錫膏拉出絲孔粘著于PCB上。為最大發(fā)揮這種有利的作用，可將分離延時，開始時PCB分開較慢。很多機器允許絲印后的延時，工作臺下落的頭2-3mm行程速度可調慢。
　　絲印速度
　　絲印期間，刮板在絲印模板上的行進速度是很重要的，因為錫膏需要時間來滾動和流入絲孔內。如果允許時間不夠，那么在刮板的行進方向，錫膏在焊盤上將不平。當速度低到每秒20mm時，刮板可能在少于幾十毫秒的時間內刮過小的絲孔。
　　絲印速度的經驗公式
　　對PCB上最密元件引腳的每thou長度，你可以允許每秒1mm的最大速度。因此：
　　最密引腳間隔 最小絲孔 最大絲印速度
　　50thou 25thou 每秒50mm
　　25thou 12.5thou 每秒25mm
　　16thou 8thou 每秒16mm
　　結論
　　無論你采用的絲印機的復雜性及特性如何，如果你不能選擇正確的錫膏、絲印模板和絲印刮板的結合使用，那么，絲印只是藝術，而不是科學。

來源：互聯網 作者：佚名 【免責聲明】本文來源互聯網，由深圳長源興科技有限公司收集整理。僅代表作者其本人的觀點，與深圳長源興科技有限公司的立場無關。本網站對文中的陳述及描述判斷保持中立，僅供讀者觀摩學習參考，因此產生一切后果，并自行承擔全部責任。此文章如果有侵犯您的版權，請立即致電給我們，我們將作刪除處理。如果你覺得本文精彩，歡迎轉播，轉播需注明出處。如有好的文章也歡迎與我們交流共享。本公司致力于二手雅馬哈貼片機的銷售與上門維修，同時提供免費的業(yè)務咨詢，如有需要歡迎請來電或者來人咨詢，我們將竭誠為您服務。