超小型元器件的SMT工艺组装对焊锡膏、钢网与印刷机的要求已经临近极限,3D打印锡膏应用成本又非常高。锡膏、钢网与印刷机已经很难全面满足各种焊点对焊锡分配的要求,SMT面临组装工艺的危机,变革的技术方向在哪里?下面由广州SMT贴片加工厂—众焱电子从锡膏印刷工艺方面去详细分析一下。
一、合金焊料粉大小
锡膏中合金粉末形状大部分为球形颗粒,球直径大小一般在30-200um之间。大颗粒锡粉影响漏印,而颗粒太细表面积又增大,被氧化的程度会增高。合金粉末的形状、粒度和表面氧化程度对焊膏性能的影响很大。
随着元器件的不断的变小,对合金粉颗粒会要求越来越小,4号、5号合金粉已经大量应用,然而粒度减小带来的是合金粉末氧化的几率增大和焊料球的增多,焊膏抗冷、热坍塌的能力变差,桥连现象将更严重。
5号粉再小的合金粉不宜采用,大批量制造球直径<15μm颗粒焊粉会非常困难,这样对焊膏中的助焊剂的保护性、活性、印刷时的工艺性也会要求更苛刻。
二、钢网厚度
随着元器件焊点不断小型化,要求SMT贴片加工中使用的钢网越来越薄,已使用钢网最薄的是0.08mm,当钢网的厚度过薄(如<70μm)将导致梆网时张力不够,稳定性变差,使用寿命变短,焊膏印刷定位质量更差。采用nm级微晶的FG钢网材料,也是一种有限的改善办法,不能从根本上解决问题。技术上依据IPC—7525钢网开口尺寸的指南的要求。
1、三球定律:至少有三个最大直径的锡球能垂直排在模板的厚度方向上,至少有三个最大直径的锡球能水平排在模板的宽度方向上。
2、宽厚比:开口宽度与模板厚度的比率大于1.5(W/T﹥1.5)。
3、面积比:开口面积与孔壁横截面积的比率大于0.66【W·T/2T(W+T)﹥0.66】。
4、若L<5W,则考虑宽厚比,否则考虑面积比。
减小焊料粉的粒度或减薄钢网的厚度,对锡膏的印刷释放是有限的改善,这样3D打印锡膏成为解决焊膏印刷工艺的理想思路,也同样面临材料与技术的瓶颈。
三、印刷机精度
印刷机的刮刀速度、压力与脱模速度等是保证焊锡膏印刷的参数,印刷机的印刷精度和重复精度是衡量可靠性的重要参数。除了进口MPM与DEK等设备外,国产印刷机有GKG等应用到电子产品的SMT贴片加工生产流程中,其他的还难以满足超小型焊点对印刷机的各项要求。
焊膏印刷时,焊膏在金属表面上的铺展所受的力是其面积的函数。显然,焊膏在微细的金属表面上润湿将明显受到影响,当焊盘尺寸W≤150μm时(相当于03015元件),若焊膏印刷时偏位量δ≥20%XW时。回流时焊膏就很难全部缩回到焊盘区,从而造成桥连和焊料珠。针对该例,印膏印刷机的精度ε和重复性均应<20%×W,即ε<30μm。显然印刷机必须达到重复精度(6σ@±15μm)和印刷精度6σ@±25μm,才能满足需要。
四、锡膏释放
对于超细钢网的开孔,锡膏印刷后钢网与PCB脱离,毛细作用成了阻碍锡膏从钢网开孔内漏印的主要阻力,而对大开孔的锡膏,毛细现象可以忽略不计。针对不同钢网开孔对焊膏释放的统计表明,毛细现象是造成超小焊点少焊料,致使焊点可靠性下降的主要原因。超细钢网的锡膏释放毛细现象,又成为锡膏印刷工艺的瓶颈。