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哪些要素严重影响锡膏印刷质量?

浏览次数: 日期:2018-01-13 22:59:39
 

哪些要素严重影响锡膏印刷质量?

如何评估得到适合自己产品的锡膏?

《锡膏评估技巧》告诉您!

行业权威统计数据表明:在SMT制造过程中,锡膏印刷结果对SMT制造品质有着举足轻重的影响。影响锡膏印刷质量的因素有很多,如钢网的制造工艺,钢网的开孔设计,PCB的平整度,印刷参数的设置,锡膏本身的特性等等。本文将对如何评估选择一款适用的锡膏进行简略地分析介绍。

那么,如何选择自己适用的锡膏?需要评估哪些要素呢?

严格意义上,锡膏是否合格需要评估的要素很多,比如合金的成分,助焊剂的组成,助焊剂特性,焊点强度等。本文仅从生产现场的使用层面上考虑,针对电子行业免清洗锡膏的生产应用进行分析,而没有综合考虑合金成分、助焊剂成分的腐蚀性等。应用层面的要求主要有:锡粉大小,可印刷性,坍塌性,锡珠问题,润湿性等。

锡膏按金属颗粒尺寸大小可以分为6种类型,其中1号粉金属颗粒尺寸最大,6号粉最小(如下表)。焊盘间距大,钢网开孔尺寸大,通常选用较大金属颗粒的锡膏,相反,对于细间距元件组装就需要采用小尺寸颗粒的锡膏。原则上,从成本和焊接质量来讲,大颗粒尺寸的锡膏成本低,氧化几率小,具有较好的应用效果。反之,较小金属颗粒的锡膏成本高,而且氧化几率较高。另一方面,对于小的钢网开孔尺寸,大颗粒锡膏可能会带来印刷不良,脱模性不好等问题,而小尺寸金属颗粒可提升锡膏脱模性能,却又可能出现印刷坍塌问题等。

 

所以,究竟选用什么型号的锡膏就显得尤为重要,在实际生产中如何选择适合自己的锡膏,我们需要遵循一个重要的原则,即“五球原则”,也就是在钢网开孔或焊盘最小尺寸方向最少能摆下五个锡球,这个锡球直径以该型号的最大尺寸为基准。例如,0.4mm间距的QFP元件,焊盘宽度一般为0.2mm,钢网开孔宽度最大只能是0.2mm,否则有路程风险,如果选择三号粉,其金属颗粒直径范围为0.025—0.045mm,那么最大锡球直径0.045X5就等于0.225mm,大于钢网开孔宽度,而四号锡膏,其直径范围为20—38微米,满足“五球原则”的要求,所以,对于0.4mm的QFP元件需要选择四号粉锡膏而不建议选择三号粉锡膏。

 

坍塌是评估锡膏印刷后的形状(圆形或方形)保持能力,如果锡膏印刷后出现坍塌(Slump),锡膏的横向面积(宽度)扩张,相邻焊盘的锡膏就会粘接在一起或相互之间的间隙缩小,在元件贴装时,锡膏受挤压,就会出现锡膏短路或回流后短路。所以这个测试很重要,也是锡膏的一个重要特性。坍塌测试包括冷坍塌和热坍塌。

 

锡膏印刷后立即进行检查,确定锡膏的印刷形状。然后将锡膏在环境温度为20-30℃,空间相对湿度为40%-60%(SMT车间环境)的条件下放置一个小时后进行检查,确认锡膏的形状没有发生任何变化,边缘区域不允许有锡球分离现象。

 

将完成锡膏印刷的PCB放置于加热器上,对锡膏进行加热处理,待PCB表面温度达到150℃(140 – 160 ℃)左右,然后保持10 -15分钟,观察焊盘上锡膏的形状变化)。整个加热过程中及冷却后,焊盘上的锡膏形状都应该保持原状态而不能出现任何改变。虽然锡膏中的挥发性成分部分发生蒸发,锡球颗粒状态更加明显,表面有孔隙现象,但锡膏形状不能发生任何变化,边缘部分不得有锡球分离现象。

 

锡膏在使用过程中需要有良好的印刷性和长久的工作寿命。锡膏的工作寿命主要是指锡膏在钢网上持续印刷时间。锡膏需要能很好地填充钢网上的所有开孔,特别是一些微小的开孔。而且钢网和PCB分离时,锡膏要有良好的脱模性能,确保焊盘上沉积的锡膏有很好的形状及足够的体积量,而且不会出现飞溅等任何异常情况。

这个评估过过程可以与正常的生产过程结合,不必要做额外的准备或投入。正常进行SMT锡膏印刷,观察钢网上锡膏状态,印刷后锡膏形状,SPI检测锡膏体积或覆盖面积,以及长时间印刷后,锡膏在钢网上的状态。曾经发生过一个案例:锡膏在连续印刷一段时间后,完全粘附在刮刀上了,钢网上完全看不到锡膏存在,这种情况会严重影响锡膏在钢网孔内的填充,其印刷性及工作寿命肯定无法满足正常的生产要求。

 

锡膏印刷到PCB焊盘上,按照正常的回流过程,锡膏熔化后润湿PCB焊盘。观察印刷后锡膏在焊盘上的面积覆盖,锡膏熔化润湿焊盘面积,理论上扩散范围越大越好(相对于锡膏)。焊料必须明显润湿焊盘,而且不能有明显的不润湿及退润湿现象存在。

 

锡膏印刷在陶瓷板表面,按正常的SMT回流温度熔化锡膏,由于陶瓷基板与锡膏之间不会产生润湿,锡膏熔化后在液体的表面张力作用下,它会自然的形成一个金属球。如果锡膏质量不好,熔化的金属就不能完全聚合成单个锡球而是在陶瓷基板上形成很多小的锡球。这样的锡膏在使用过程中可能导致焊点成形不好,虽然锡膏量充足,但可能因为焊料熔化不能聚合而呈分散状态,导致最终的焊点强度(少锡)不足。在实际应用过程中,陶瓷基板的准备相对较为困难(现场不容易找到),可用一般的PCB替代验证,将锡膏印刷或涂抹在阻焊膜(绿油)上面,进行回流处理,二者的评估效果基本相同。

 

粘附力(Tackiness)测试

 

粘附力就是锡膏固定元件的能力,元件放置锡膏上不会因为在轨道上的运动或停止变换而出现移动。如果粘附力不足,当PCB带着元件在轨道上运动或停止启动时,元件就可能出现移动而导致偏位,短路问题。

通常将元件贴装在印刷锡膏的测试板或PCB板上,保持一段时间,间隔两小时进行碰撞测试。让PCB在轨道上运行,在正常的停止位置不会因为运动的变化而出现元件发生位移。当然,粘度测试也是必要的,但大部分生产厂家都没有配置该类测试仪器,而需要通过第三方检测机构测试其粘度是否满足规格要求。其实也可以直接采用实际生产条件进行测试,以实际结果为评估依据。粘度值是一个评估参数,最关键的还是要看实际的应用效果。

 

助焊剂残留检测

 

助焊剂残留是否需要检测可以根据实际情况而定,对于消费电子产品采用免清洗锡膏或助焊剂,除非有特殊情况一般不对助焊剂残留进行检测。

对于免清洗工艺来讲,助焊剂残留过多可能影响外观方面的检查,降低AOI或目测检测效果,产生误判而影响生产效率,这也是免清洗锡膏的选择要素之一。

 

一款锡膏是否适用,关键还是要看其焊接质量,前面所有评估要素都是为了得到好的焊接效果。通过对回流后的焊接质量数据进行统计,对产生的缺陷问题进行分析并确定是否与锡膏品质相关,锡膏导致的润湿不良或短路等问题是可能存在的,特别是现在无铅工艺的推广应用。生产现场可以采用一些简单比对试验进行验证:通过对不同品牌、不同类型的锡膏进行生产比对,从中选出一款适用自己产品生产特性的锡膏。

 

总之,没有放之四海而皆准的方法,应用这些通用的规则,再结合自己的实际情况,实事求是,理论结合实际,一定能找到一款适合自己产品生产特性的锡膏。

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