Assembleon计划展出MCP丝网印刷机。包括PCB传送时间，该款设备印刷速度高达11秒，同时具有印刷工艺稳定性好，比传统印刷设备PCB返工率降低5 0%。此外该款设备还具有更多优点，包括:网板适用范围广，可使用网板尺寸从550mm到750mm; 支持01005元器件;智能清洁系统; 配备2.5D印刷检测设备供选择;适用于高产量和多品种生产环境。

展位号: 2C30

由于01005元件、0.3mm间距CSP器件的引入, 电子元器件封装正在将SMT技术推向极限.客 户的小型化需求不断推动着高密引脚器件的应 用；但是,在新的制造方式出现之前,目前的小型化技术 究竟能发展到哪一步？锡膏应用及锡膏印刷工艺的极限又 在哪里？

在过去的20年间,人们对细间距印刷工艺的主要因子 和关键工艺参数已经有了深入的了解.其中包括：印刷速 度、刮刀压力、钢网开孔设计（钢网加工、钢网厚度、开 孔面积与横截面积比）和锡膏的选择等.但是,随着钢网 开孔面积与孔间距变得越来越小,影响锡膏转移率和锡量 一致性的因素有所增多；因此,当前印刷工艺研究的关键是如何找出并使这些因素受控.

影响锡膏转移率的因素
牋图1是密间距印锡工艺的因果分析鱼骨图,从图上可以 看出,影响锡膏转移率的有六个主要因素：环境、锡膏、工具、PCB设计、印锡工艺和检测.

试验方法 ndium公司在位于美国纽约Utica的实验室进行了为期 一个月的印锡试验,所采用的是Assembléon公司销售的 Yamaha YGP锡膏印刷机,该印刷机可以灵活改变刮刀角 度——作为印锡工艺的一个参数显著扩大了细间距印刷工艺 的窗口.此外,该印刷机能够在不同试验条件下改变刮刀角 度（自动擦网后,工序暂停后,以及印刷每个批次中的第一 块板后,等等）；最终减少了整个试验过程中印刷不同PCB 给试验结果带来的波动.

试验过程中使用的锡膏是Indium的8.9HF,该产品为4 号粉制作,是专为应对小型化需求而开发的免清洗、无铅、 无卤素锡膏.

沿刮刀长度方向对钢网底部支撑进行了优化,并在PCB 底部加了顶针,以保证刮刀压力的均匀分布. 试验变量包括印刷速度、脱模速度、印锡间隔时间和刮 刀接触角度（45～60°）.

锡膏量的数据通过 Koh Young 3020T 3D 系统测量得 出,最终转化为0.45-0.3mm 间距的锡膏转移率数据.

试验板上设计了10x10μBGA的焊盘,尺寸和间距 0.05mm～0.5mm不等.采用电铸钢网,厚度3.5mil,开孔为1:1的方形孔,具体设计如表1所示.

另外一个变量是阻焊开窗,对于焊盘间距小于0.2mm的情况,焊盘之间完全没有阻焊绿油,参见图2和图3.

脱模速度和刮刀角度对锡膏转移率的影响

脱模速度设计为两个水平：慢和快； 刮段?5 - 60°,每5°为一个水平. 试验结果表明：对于开孔面积与横截面积比大于0.70 的大焊盘,刮刀角度与脱模速度影响不明显；但对于面积比小于0.66的小焊盘则有显著差异.

从图4可以看出,大脱模速度下锡量的波动比较大.在 一组试验中,200-250μ (8-10mil)钢网开孔的锡膏转移率 从65％变化到85％,且波动不大.

可以看出,小刮刀角度（45°/ 50°）比大刮刀角度 （55°/ 60°）的印锡效果和一致性更好.此外,小刮刀 角度情况下,大脱模速度的印锡一致性要优于小脱模速度 的情况.

常规的想法是锡膏从钢网的脱模速度越小,释放的就 越完全,但从本实验结果看却与之相反.

刮刀角度和印刷速度 在最后一组试验中,刮刀角度的范围为45 - 60°,印 刷速度的范围为25- 200mm/sec.试验的目的是得出刮刀 角度和印刷速度对不同焊盘尺寸/ 间距锡膏转移率的影响. 首先,每一个刮刀角度的最佳刮刀压力被确定下来, 表2列出了最佳刮刀压力的数据.刮刀压力的确定是通过逐 步增加刮刀压力直到锡膏被刮干净为止.

对焊盘尺寸0.25mm（AR= 0.7）、0.20mm（AR = 0.56）和焊盘间距0.2mm 、0.15mm 的几种不同焊盘设计 方案进行了组合试验（见图5）,其中,0.15mm间距的焊盘之间无阻焊绿油.

结果表明,不同试验组合的锡量一致性没有显著差 异,但是平均转移率的差异较大,0.15mm 焊盘间距的锡 膏转移率接近100％,较0.20mm焊盘间距高出15％.

二者之间为什么会有这么大的差别？分析后认为是由 于 0.15mm 间距的焊盘之间没有阻焊绿油,钢网底部的平整度更好,有利于锡膏脱模.

此外,钢网的加工工艺也是一个要考虑的因素.当孔 间距很近时,电铸钢网的开孔将有所变化.由于密间距开孔 会改变局部电镀速率,钢网局部厚度的变化影响了面积比 AR,进而影响了锡膏转移率.数据分析也证实了钢网局部 厚度的大小将带来锡膏转移率的改变.

接下来,对 0.25mm（AR= 0.7）和 0.20mm焊盘（AR = 0.56）在0.1mm焊盘间距下的印锡数据进行了分析,发现45 /50°刮刀角度的锡膏转移率波动较大,而55 / 60°则较好.

前期在Yamaha设备上进行的试验中,采用安装在钢网 开孔处的传感器对刮刀压力进行了实际测量.结果显示,随 着刮刀角度的增加,锡膏填充压力呈明显下降的趋势（见表 3）.鉴于此,较小刮刀角度对应的锡膏量的波动很有可能 是出于锡膏填充压力增大的缘故,而过大的填充压力会将锡 膏从焊盘上挤出.数据表明,针对上述钢网开孔,刮刀角度在 55° 或更高的情况下可以得到较合适的刮刀压力.

结论
过去人们对印锡工艺的关键参数和对这些参数的具体 影响有了系统的研究和发表,这些参数包括印刷速度、刮 刀压力和钢网设计.本试验的目的是研究焊盘尺寸和焊盘 间距减小后是否引入了新的影响因素,结果如下：

1. 对于密间距印锡,印刷前的准备工作非常重要,减小 印刷过程中的PCB变形、沿刮刀长度方向对钢网有效 支撑,可以改善印刷精度和锡膏转移率. 2. 较大的脱模速度对保证锡量一致性有好处,但位于板 边的细间距焊盘还需进一步研究. 3. 随着焊盘尺寸和焊盘间距的减小,刮刀角度对锡膏转 移率和锡量一致性的影响越来越大. 4. 在超细间距焊盘之间的阻焊绿油是锡量波动的一个重 要原因,需要进一步研究,以指导今后的焊盘设计.| 5. 由于绝大多数的印刷机不允许调整刮刀角度这一参 数,目前为止还不能全面评估改变刮刀角度对减小过 程波动的作用.但如果可以改变刮刀角度,当遇到钢 网擦拭、工艺调整和工序暂停的时候,则可以获得更 好的锡量一致性.

本试验研究发现,超细间距印刷工艺将引入 一些新的影响因素,这些因素对当前尺寸的元器 件可能影响不大,但是随着引脚尺寸和引脚间距 越来越小,刮刀角度和印刷速度将成为少锡、锡 量不一致的重要影响因素之一.

对于超细间距印刷工艺,锡量不足直接导致 返修,即使非常小的工艺波动都会对组装直通率 产生重要影响,因此,批量生产之前必须对印刷工序有一个全面的评估.

参考资料：] Anglin, C., “Establishing a Precision Stencil Printing Process for Miniaturized Electronics Assembly,” IPCTechnical Conference, March 29-April 2, 2009. 2] George Babka, “ Moving Towards a Stable Process:Minimizing Variation in Solder Paste Printing,” Originally distributed at the International Conference on Soldering and Reliability,” Toronto, Ontario, Canada; May 20-22,2009.

作者联系方式： eorge Babka：george.babka@philips.com.  avid Sbiroli：dsbiroli@indium.com. ichard Brooks：rkbrooks@austin.rr.com. hris Anglin：canglin@indium.com.