小型化元器件的锡膏印刷解决方案

杨少南热度：　来源:SMT资讯　　2017-07-05评论 (0)

随着智能手机、平板电脑等智能终端设备的性能需求的提高，SMT制造业对小型化、薄型化的电子元器件需求更加强烈，随着可穿戴设备的兴起，这种需求更是日益高涨。

近年来，随着智能手机、平板电脑等智能终端设备的性能需求的提高，SMT制造业对小型化、薄型化的电子元器件需求更加强烈，随着可穿戴设备的兴起，这种需求更是日益高涨。下图是I-phone 3G 和I-phone 7 主板的比较，新的I-phone手机功能更强大，但是装配而成的主板却更小了,这需要更小的元器件以及更密集的元器件装配才能做到。越来越小的元器件，对我们生产的工艺也将会越来越难，一次直通率的提升成了SMT工艺工程师的主要攻克目标好任务。一般来说SMT行业60%以上的不良都和锡膏印刷有关，锡膏印刷是SMT生产中的一道关键工序。解决了锡膏印刷的问题，就相当于解决了整个SMT工序中大半的工艺问题。

I-phone 3G

I-phone 7

下图是SMT元器件公英制尺寸对照表。

下图是SMT元器件的发展历程以及展望未来的发展趋势。目前英制01005贴片器件和0.4 pitch的BGA/CSP 在SMT生产中运用比较普遍。公制03015贴片器件也有少部分在生产中运用，而公制0201贴片器件目前还只是在试产阶段，预计未来几年会逐渐在生产中运用。

要了解小型化元器件对锡膏印刷带来的挑战，首先要了解钢网印刷的面积比率（Area Ratio）。

对于普通的激光钢网印刷，钢网开孔面积比率有如下要求：

对于长方形开孔：

如果钢网开孔面积比率达不到要求（钢网太厚），就会出现下图的情况，锡膏印刷脱模时，小元器件的锡膏粘在钢网孔壁处，脱落到焊盘上的锡膏量很少。

对于小型化焊盘的锡膏印刷，越小的焊盘和钢网开孔，锡膏越难脱离钢网孔壁。要解决小型化焊盘的锡膏印刷，有以下几种方案供参考：

1.最直接的解决方案是降低钢网的厚度，增加开孔面积比率。如下图所示，用了薄钢网后，小元器件焊盘的下锡良好。如果生产的基板没有大尺寸的元器件，那么这是一个最简单而有效的解决方案，但是如果基板上有大的元器件，那么大的元器件会因为锡量少而焊接不良。所以如果是高混合有大元器件的基板，我们需要下面列出的其他解决方案。

2.利用新的钢网技术，降低对钢网开孔比率的要求。

1）FG（Fine Grain）钢网

FG钢片含有一种铌元素，该元素能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度。经激光切割的FG钢片孔壁比普通304钢片的孔壁更清洁光滑，更有利于脱模。FG钢片制成的钢网开孔面积比率可以低于0.65，对比同样开孔比率的304钢网，FG钢网可以做的比304钢网略厚一些，从而降低大元器件少锡的风险。

304钢片和FG钢片的对比

2）电铸钢网

电铸钢网的制造原理：通过在导电金属底板上印刷光阻材料，再通过遮挡模和紫外线曝光来制作电铸的模板，然后薄模板放在电铸液中电铸。其实电铸类似于电镀，只是电铸后的镍片可以从底板中剥离制成钢网。

电铸钢网有以下特点：钢片内部没有应力，孔壁非常平滑，钢网可以是任意厚度（0.2mm以内，通过电铸时间来控制），缺点是造价较高。下图是激光钢网和电铸钢网孔壁图比较。电铸钢网光滑的孔壁在印刷后有更好的脱模效果，使得开孔比率可以低至0.5。

激光钢网电铸钢网

3）阶梯钢网

阶梯钢网可以是局部加厚或减薄。局部加厚的部分用来印刷锡膏需求量大的焊盘，加厚的部分是通过电铸来实现，成本较高。而减薄是通过化学蚀刻来实现，减薄的部分用来印刷小型化元器件的焊盘，使得脱模效果更好，对成本更敏感的用户建议使用化学蚀刻，成本更低。

4）纳米涂层。（Nano Ultra Coating ）

在钢网表面涂覆或镀上一层纳米涂层，纳米涂层使孔壁对锡膏排斥，所以脱模效果更好，锡膏印刷的体积稳定性比较一致。这样，印刷的质量比较有保证，同时也可以减少钢网的清洗擦拭次数。目前国内大部分工艺只是涂覆一层纳米涂层，经过一定次数的印刷后效果就减弱了，国外有直接镀在钢网上的纳米涂层，效果和耐久性更好，当然成本也更高。

3.双重锡膏成型工艺。

1）印刷/印刷通过两台印刷机来印刷成型锡膏。第一台用普通钢网印密间距小元器件焊盘，第二台用3D钢网或阶梯钢网印刷大元器件焊盘。

这种方式需要两台印刷机，而且钢网成本也高，如果使用3D钢网还要用到梳状刮刀，增加成本，生产效率也低。

2）印刷/喷锡

第一台锡膏印刷机印刷密间距小元器件焊盘，第二台喷印机喷印大元器件焊盘。这种方式锡膏成型效果好，但是成本高，效率低（取决于大元器件焊盘数量）。

印刷锡膏