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

　　在錫膏絲印中有三個(gè)關(guān)鍵的要素，這里叫做三個(gè)S：Solder paste（錫膏），Stencils（絲印模板），和Squeegees（絲印刮刀）。三個(gè)要素的正確結(jié)合是持續(xù)的絲印品質(zhì)的關(guān)鍵所在。
　　錫膏（第一個(gè)S）
　　錫膏是錫珠和松香（resin）的結(jié)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(gè)階段在150°C持續(xù)大約三分鐘。（resin有時(shí)叫做rosin,嚴(yán)格地說，resin是天然產(chǎn)品，而rosin是人造產(chǎn)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(shí)回流。銀和松香都起幫助熔化焊錫和濕潤（wetting）以達(dá)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(jí)，錫膏是按照錫珠的大小來分級(jí)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(chǎn)提供了一個(gè)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(jīng)驗(yàn)公式：
　　?至少有三個(gè)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(gè)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(jì)算略為復(fù)雜，因?yàn)殄a珠是用米制micron（m）來度量，而絲印模板厚度的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是美國的專用單位thou!
　?。?/span>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(shí)際上可能比焊盤（pad）尺寸小一點(diǎn)），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(shù)應(yīng)用是選擇標(biāo)準(zhǔn)的6thou厚的絲印模板，3型的錫膏。
　　粘度
　　粘度是錫膏的一個(gè)重要特性，從動(dòng)態(tài)方面來說，在絲印行程中，其粘性越低，則流動(dòng)性越好，易于流入絲印孔內(nèi)，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(nèi)，其粘性高，則保持其填充的形狀，而不會(huì)往下塌陷，這一點(diǎn)對(duì)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(nèi)的粘度是使用一種精巧的、通常很昂貴的實(shí)驗(yàn)室粘度計(jì)測(cè)量而得的。標(biāo)準(zhǔn)的粘度是在大約500kcps-1200kcps范圍內(nèi)，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(shí)際和經(jīng)濟(jì)的方法，如下：
　　用刮勺在容器罐內(nèi)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(shí)應(yīng)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(nèi)。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(gè)S）
　　歷史上，使用一種厚的乳膠絲網(wǎng)，它有別于絲印模板，現(xiàn)在只有少數(shù)錫膏絲印機(jī)使用。金屬模板比乳膠絲網(wǎng)普遍得多，優(yōu)越得多，并且也不會(huì)太貴。
　　厚乳膠絲網(wǎng)
　　錫膏印刷技術(shù)源自于完善建立的工業(yè)絲?。?/span>silk screen printing）行業(yè)，因此術(shù)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(wǎng)原本比金屬模板經(jīng)濟(jì)得多，但使用壽命不長，而且用于密腳（fine pitch）也不實(shí)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(wǎng)。不銹鋼絲是最好的，因?yàn)槠鋭傂?。工業(yè)絲印用的網(wǎng)很細(xì)密，大約每英寸400絲，這樣細(xì)小的油墨粒子（2-3μm）才可以很流暢地通過絲網(wǎng)。為了使錫珠通過絲網(wǎng)，建議采用一種粗糙得多的絲網(wǎng)，大約每英寸80絲。絲網(wǎng)上涂蓋光敏乳膠，通常約十層以封住網(wǎng)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(qiáng)的紫外光來曝光（如：2kw，幾秒鐘）。曝光區(qū)域變硬，軟的地方?jīng)]曝光，可被洗掉而留下網(wǎng)孔。因此，絲印時(shí)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(wǎng)，因此要使用一種軟的橡膠刮刀（見刮刀部分）。絲印時(shí)絲網(wǎng)與PCB之間留有1-3mm的間隙，刮刀將絲網(wǎng)壓低和PCB接觸，隨后“撕開”。這種作用是必要的，否則，錫膏會(huì)滯留在絲網(wǎng)上而不是在PCB的焊盤上。
　　厚乳膠絲網(wǎng)的應(yīng)用，其局限性主要是由于開孔上有絲網(wǎng)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(xiàn)在在大多數(shù)的錫膏絲印機(jī)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(wǎng)印的沉淀物無規(guī)律的問題。不要求絲印刮刀有泵作用，因?yàn)殄a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(xué)、激光和電蝕。
　　化學(xué)腐蝕
　　現(xiàn)時(shí)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(qiáng)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(guān)鍵性的，特別是密引腳間隔的元件。如果模版定位不好，孔會(huì)形成斜坡，造成絲印不好，出現(xiàn)這種情況的機(jī)會(huì)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?yàn)楦倪M(jìn)的CAD數(shù)據(jù)和制造技術(shù)使失誤率下降到大約五十分之一。成功的技術(shù)將使得模版如同一個(gè)信封，將空板放入，可達(dá)到2-20micron的精度。
　　孔壁不能達(dá)到太平整，因?yàn)樗崾侵鸩礁g到孔內(nèi)，但也會(huì)往板的橫向腐蝕。形成一個(gè)“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(gè)技術(shù)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(gè)小時(shí)來刻制一塊模板，開孔區(qū)越大，時(shí)間就越多，費(fèi)用也越高。激光機(jī)大約成本為400,000美元，因此激光使用時(shí)間昂貴，結(jié)果通常一塊模板費(fèi)用是化學(xué)腐蝕的三倍。
　　該系統(tǒng)很精密，但除了成本貴外，還有一個(gè)缺點(diǎn)：激光將熔化的金屬切割出絲孔，同時(shí)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(xué)方法來清洗表面，留下幾個(gè)micron的粗糙度，看上去好象表面暗淡，對(duì)聚酯刮刀有磨損作用，并且使得模板難以清潔，雖然有人認(rèn)為粗糙度將有助于錫膏的“滾動(dòng)”。
　　電蝕模板
　　電蝕模板現(xiàn)時(shí)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(fù)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(nèi)，作為陰極聯(lián)接在電源上，陽極為耗損性鎳。經(jīng)過幾個(gè)小時(shí)，鎳就沉淀在導(dǎo)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(nèi)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(shí)有助于錫膏準(zhǔn)確地停留在焊盤上，成本大約比化學(xué)腐蝕高30%。
　　刮刀（第三個(gè)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(xiàn)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(gè)方向工作，每個(gè)行程末都會(huì)跳過錫膏條，因此只要一個(gè)刮刀?？墒?，這樣很容易弄臟，因?yàn)殄a膏會(huì)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(diào)節(jié)。
　　拖裙形
　　這種形式很普遍，由截面為矩形的聚乙烯構(gòu)成，夾板支持，需要兩個(gè)刮刀，一個(gè)絲印行程方向一個(gè)刮刀。無需跳過錫膏條，因錫膏就在兩個(gè)刮刀之間，每個(gè)行程的角度可以單獨(dú)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(hào)來區(qū)分的，例如：
　　60-65shore very soft 紅色
　　70-75shore soft 綠色
　　80-85shore hard 藍(lán)色
　　90 + shore very hard 白色
　　使用之前，刮刀須調(diào)節(jié)，使其導(dǎo)向邊成直線并平行，先檢查其邊是否成直線，如果不，調(diào)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(dòng)力學(xué)要求對(duì)乳膠絲網(wǎng)是不同的。
　　在乳膠絲網(wǎng)上，刮刀需要推動(dòng)其前面的錫膏，將錫膏泵壓通過絲網(wǎng)而印到絲印區(qū)域，要到達(dá)這種作用需使用一種軟的刮刀（70-75shore，綠色），其自身在與絲網(wǎng)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(shí)，刮刀將錫膏在前面滾動(dòng)，無須泵作用即可流入絲孔內(nèi)，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(lán)色）或金屬的刮刀。
　　刮刀硬度與壓力必須協(xié)調(diào)，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(nèi)將錫膏挖出。
　　壓力的經(jīng)驗(yàn)公式
　　在金屬模板上使用藍(lán)色刮板，為了得到正確的壓力，開始時(shí)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(nèi)挖出錫膏之間，應(yīng)該有1-2kg的可接受范圍都可以到達(dá)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(dá)到非常好的效果，而金屬刮板在生產(chǎn)中也是很好的，同時(shí)可解決一些聚乙烯所產(chǎn)生的問題。
　　但記住，它不適用于乳膠絲網(wǎng)，因?yàn)闀?huì)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(diào)整。相對(duì)于聚乙烯的大約3-9個(gè)月壽命來說，其壽命是無限的。
　　雖然整個(gè)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(shí)使它具有其幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，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(chǎn)生的變化?？煽康慕z印厚度是特別重要的，因?yàn)楸砻尜N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(xiàn)當(dāng)他們轉(zhuǎn)換時(shí)，得到的絲印厚度太厚。這個(gè)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(diào)”）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(shù)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(nèi)。
　　對(duì)于最細(xì)密絲印孔來說，模板的厚度很重要，因?yàn)榻z孔的孔壁相對(duì)于焊盤面積變得很重要，錫膏可能會(huì)更容易粘附在孔壁上而不是焊盤上。
　　焊盤面積=wxd絲孔內(nèi)壁面積=2（wxh）+2（dxh）
　　焊盤面積的經(jīng)驗(yàn)公式，盡可能不小于孔內(nèi)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(nèi)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(nèi)壁面積=2x（0.10mmx0.3mm）+2x（0.1mmx2mm）=0.46mm2
　　不過，有兩個(gè)因素是有利的，第一，焊盤是一個(gè)連續(xù)的面積，而絲孔內(nèi)壁大多數(shù)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(shí)間內(nèi)，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(shí)，開始時(shí)PCB分開較慢。很多機(jī)器允許絲印后的延時(shí)，工作臺(tái)下落的頭2-3mm行程速度可調(diào)慢。
　　絲印速度
　　絲印期間，刮板在絲印模板上的行進(jìn)速度是很重要的，因?yàn)殄a膏需要時(shí)間來滾動(dòng)和流入絲孔內(nèi)。如果允許時(shí)間不夠，那么在刮板的行進(jìn)方向，錫膏在焊盤上將不平。當(dāng)速度低到每秒20mm時(shí)，刮板可能在少于幾十毫秒的時(shí)間內(nèi)刮過小的絲孔。
　　絲印速度的經(jīng)驗(yàn)公式
　　對(duì)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(jié)論
　　無論你采用的絲印機(jī)的復(fù)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(jié)合使用，那么，絲印只是藝術(shù)，而不是科學(xué)。

來源：互聯(lián)網(wǎng) 作者：佚名 【免責(zé)聲明】本文來源互聯(lián)網(wǎng)，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(diǎn)，與深圳長源興科技有限公司的立場(chǎng)無關(guān)。本網(wǎng)站對(duì)文中的陳述及描述判斷保持中立，僅供讀者觀摩學(xué)習(xí)參考，因此產(chǎn)生一切后果，并自行承擔(dān)全部責(zé)任。此文章如果有侵犯您的版權(quán)，請(qǐng)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(zhuǎn)播，轉(zhuǎn)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(jī)的銷售與上門維修，同時(shí)提供免費(fèi)的業(yè)務(wù)咨詢，如有需要?dú)g迎請(qǐng)來電或者來人咨詢，我們將竭誠為您服務(wù)。