Assembleon計劃展出MCP絲網印刷機。包括PCB傳送時間，該款設備印刷速度高達11秒，同時具有印刷工藝穩定性好，比傳統印刷設備PCB返工率降低5 0%。此外該款設備還具有更多優點，包括:網板適用范圍廣，可使用網板尺寸從550mm到750mm; 支持01005元器件;智能清潔系統; 配備2.5D印刷檢測設備供選擇;適用于高產量和多品種生產環境。
展位號: 2C30
由于01005元件、0.3mm間距CSP器件的引入, 電子元器件封裝正在將SMT技術推向極限.客 戶的小型化需求不斷推動著高密引腳器件的應 用；但是,在新的制造方式出現之前,目前的小型化技術 究竟能發展到哪一步？錫膏應用及錫膏印刷工藝的極限又 在哪里？
在過去的20年間,人們對細間距印刷工藝的主要因子 和關鍵工藝參數已經有了深入的了解.其中包括：印刷速 度、刮刀壓力、鋼網開孔設計（鋼網加工、鋼網厚度、開 孔面積與橫截面積比）和錫膏的選擇等.但是,隨著鋼網 開孔面積與孔間距變得越來越小,影響錫膏轉移率和錫量 一致性的因素有所增多；因此,當前印刷工藝研究的關鍵是如何找出并使這些因素受控.
影響錫膏轉移率的因素
牋圖1是密間距印錫工藝的因果分析魚骨圖,從圖上可以 看出,影響錫膏轉移率的有六個主要因素：環境、錫膏、工具、PCB設計、印錫工藝和檢測.
試驗方法 ndium公司在位于美國紐約Utica的實驗室進行了為期 一個月的印錫試驗,所采用的是Assembléon公司銷售的 Yamaha YGP錫膏印刷機,該印刷機可以靈活改變刮刀角 度——作為印錫工藝的一個參數顯著擴大了細間距印刷工藝 的窗口.此外,該印刷機能夠在不同試驗條件下改變刮刀角 度（自動擦網后,工序暫停后,以及印刷每個批次中的第一 塊板后,等等）；最終減少了整個試驗過程中印刷不同PCB 給試驗結果帶來的波動.
試驗過程中使用的錫膏是Indium的8.9HF,該產品為4 號粉制作,是專為應對小型化需求而開發的免清洗、無鉛、 無鹵素錫膏.
沿刮刀長度方向對鋼網底部支撐進行了優化,并在PCB 底部加了頂針,以保證刮刀壓力的均勻分布. 試驗變量包括印刷速度、脫模速度、印錫間隔時間和刮 刀接觸角度（45～60°）.
錫膏量的數據通過 Koh Young 3020T 3D 系統測量得 出,最終轉化為0.45-0.3mm 間距的錫膏轉移率數據.
試驗板上設計了10x10μBGA的焊盤,尺寸和間距 0.05mm～0.5mm不等.采用電鑄鋼網,厚度3.5mil,開孔為1:1的方形孔,具體設計如表1所示.
另外一個變量是阻焊開窗,對于焊盤間距小于0.2mm的情況,焊盤之間完全沒有阻焊綠油,參見圖2和圖3.
脫模速度和刮刀角度對錫膏轉移率的影響
脫模速度設計為兩個水平：慢和快； 刮段?5 - 60°,每5°為一個水平. 試驗結果表明：對于開孔面積與橫截面積比大于0.70 的大焊盤,刮刀角度與脫模速度影響不明顯；但對于面積比小于0.66的小焊盤則有顯著差異.
從圖4可以看出,大脫模速度下錫量的波動比較大.在 一組試驗中,200-250μ (8-10mil)鋼網開孔的錫膏轉移率 從65％變化到85％,且波動不大.
可以看出,小刮刀角度（45°/ 50°）比大刮刀角度 （55°/ 60°）的印錫效果和一致性更好.此外,小刮刀 角度情況下,大脫模速度的印錫一致性要優于小脫模速度 的情況.
常規的想法是錫膏從鋼網的脫模速度越小,釋放的就 越完全,但從本實驗結果看卻與之相反.
刮刀角度和印刷速度 在最后一組試驗中,刮刀角度的范圍為45 - 60°,印 刷速度的范圍為25- 200mm/sec.試驗的目的是得出刮刀 角度和印刷速度對不同焊盤尺寸/ 間距錫膏轉移率的影響. 首先,每一個刮刀角度的最佳刮刀壓力被確定下來, 表2列出了最佳刮刀壓力的數據.刮刀壓力的確定是通過逐 步增加刮刀壓力直到錫膏被刮干凈為止.
對焊盤尺寸0.25mm（AR= 0.7）、0.20mm（AR = 0.56）和焊盤間距0.2mm 、0.15mm 的幾種不同焊盤設計 方案進行了組合試驗（見圖5）,其中,0.15mm間距的焊盤之間無阻焊綠油.
結果表明,不同試驗組合的錫量一致性沒有顯著差 異,但是平均轉移率的差異較大,0.15mm 焊盤間距的錫 膏轉移率接近100％,較0.20mm焊盤間距高出15％.
二者之間為什么會有這么大的差別？分析后認為是由 于 0.15mm 間距的焊盤之間沒有阻焊綠油,鋼網底部的平整度更好,有利于錫膏脫模.
此外,鋼網的加工工藝也是一個要考慮的因素.當孔 間距很近時,電鑄鋼網的開孔將有所變化.由于密間距開孔 會改變局部電鍍速率,鋼網局部厚度的變化影響了面積比 AR,進而影響了錫膏轉移率.數據分析也證實了鋼網局部 厚度的大小將帶來錫膏轉移率的改變.
接下來,對 0.25mm（AR= 0.7）和 0.20mm焊盤（AR = 0.56）在0.1mm焊盤間距下的印錫數據進行了分析,發現45 /50°刮刀角度的錫膏轉移率波動較大,而55 / 60°則較好.
前期在Yamaha設備上進行的試驗中,采用安裝在鋼網 開孔處的傳感器對刮刀壓力進行了實際測量.結果顯示,隨 著刮刀角度的增加,錫膏填充壓力呈明顯下降的趨勢（見表 3）.鑒于此,較小刮刀角度對應的錫膏量的波動很有可能 是出于錫膏填充壓力增大的緣故,而過大的填充壓力會將錫 膏從焊盤上擠出.數據表明,針對上述鋼網開孔,刮刀角度在 55° 或更高的情況下可以得到較合適的刮刀壓力.
結論
過去人們對印錫工藝的關鍵參數和對這些參數的具體 影響有了系統的研究和發表,這些參數包括印刷速度、刮 刀壓力和鋼網設計.本試驗的目的是研究焊盤尺寸和焊盤 間距減小后是否引入了新的影響因素,結果如下：
1. 對于密間距印錫,印刷前的準備工作非常重要,減小 印刷過程中的PCB變形、沿刮刀長度方向對鋼網有效 支撐,可以改善印刷精度和錫膏轉移率. 2. 較大的脫模速度對保證錫量一致性有好處,但位于板 邊的細間距焊盤還需進一步研究. 3. 隨著焊盤尺寸和焊盤間距的減小,刮刀角度對錫膏轉 移率和錫量一致性的影響越來越大. 4. 在超細間距焊盤之間的阻焊綠油是錫量波動的一個重 要原因,需要進一步研究,以指導今后的焊盤設計.| 5. 由于絕大多數的印刷機不允許調整刮刀角度這一參 數,目前為止還不能全面評估改變刮刀角度對減小過 程波動的作用.但如果可以改變刮刀角度,當遇到鋼 網擦拭、工藝調整和工序暫停的時候,則可以獲得更 好的錫量一致性.
本試驗研究發現,超細間距印刷工藝將引入 一些新的影響因素,這些因素對當前尺寸的元器 件可能影響不大,但是隨著引腳尺寸和引腳間距 越來越小,刮刀角度和印刷速度將成為少錫、錫 量不一致的重要影響因素之一.
對于超細間距印刷工藝,錫量不足直接導致 返修,即使非常小的工藝波動都會對組裝直通率 產生重要影響,因此,批量生產之前必須對印刷工序有一個全面的評估.
參考資料：] 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.
作者聯系方式： eorge Babka：george.babka@philips.com. avid Sbiroli：dsbiroli@indium.com. ichard Brooks：rkbrooks@austin.rr.com. hris Anglin：canglin@indium.com.
