SMT锡膏印刷缺陷与品质提升(SMT制造企业超实用的培训资料)

原文出自《2014中国高端SMT学术会议论文集》，原创资料，抄袭必究，欢迎分享

内容摘要：

锡膏印刷质量对表面贴装产品质量的影响非常大，60%以上的返修板是因为锡膏印刷不良引起的，锡膏印刷的好坏基本上决定了SMT产品品质的好坏。

图一

从图1我们很容易看出，印刷机和印刷品质的好坏基本上决定了整条SMT生产线的生产效率。由此，选择一款好的印刷机和一套合适的印刷工艺非常关键。

那么，我们怎样判别印刷品质的好坏呢？要保证良好的锡膏印刷品质，必须要做到这四点，1.精度要求，要求没有明显便宜；2.印刷面积要求，印刷面积大小要适宜；3.锡膏厚度的要求，要求脱模出来的锡膏厚度要适宜；4.锡膏形状的要求，脱模出来的锡膏表面平整，边缘清晰，没有拉尖。图二图三就是印刷良好的PCB截图。

所以印刷机必须做到在正确的位置，以合适的锡膏量和形状，稳定持续印刷。要达到这些，我们对印刷机的要求有印刷性能、脱模性能和清洗性能，第一、印刷性能：在钢网的开口处将锡膏完整的填充进钢网的网孔，要求没有锡膏溢出钢网网孔或者是填充进钢网网孔的锡膏量不够；第二脱模性能是指将锡膏完整的填充在钢网的网孔里面后，通过刮刀上升和小平台下降引导PCB与钢网分离，以便填充在钢网网孔里的锡膏脱离钢网而印刷在PCB上相对应的焊盘上，要求脱模在焊盘上的锡膏量稳定适宜、锡膏表面平整、边缘清晰。第三、清洗性能是指完成脱模后，通过真空吸取和擦拭，保证钢网网孔和钢网底部清洁，以便印刷机保持在稳定的印刷状态。

其实，我们通过印刷机的状态判别印刷品质的好坏呢？

锡膏印刷

刮刀移动完成后，通过钢网表面可以判别锡膏填充的好坏，请参考图四、图五，图四的钢网表面比较干净，图四的钢网表面残留有一层薄薄的锡膏。出现图五这种情况时我们要注意了，这种情况容易出现拉尖或者塌陷等印刷不良。

那么填充在钢网网孔中的锡膏又是怎么脱模在PCB上的呢？脱模这道工序对我们品质又有哪些影响呢？

脱模就像牛顿理论，当刮刀和PCB离开钢网时即完成脱模，但在脱模过程中，由于钢网张力的影响，锡膏会被钢网开口侧面和焊盘牵引的状态，开始剪切变形，接近焊盘的地方基本上不受影响，如图八。

随着03015、01005元件和0.25球径、0.3PichBGA大量应用，钢网网孔太小加上孔壁凹凸不平，脱模对印刷品质的影响也越来越大。BGA虚焊、少锡等问题直接制约了智能电子产品的品质直通率。其实我们可以通过清洗部分的钢网擦拭纸上的锡膏量可以判断脱模效果的好坏。如图九图十。

通过图九我们可以看见白色的清洗纸上有一条类似线条状的黑线，这个就是通过清洗部分擦拭，将残留在钢网底部的锡膏擦在了清洗纸上，图十也是同理，但是很明显，图十上的黑色部分可以看出残留在钢网底部的锡膏比较多，证明这种状态下脱模效果不好。容易出现少锡、焊锡不牢、BGA虚焊等品质问题。

我们再来看在SMT生产中由于锡膏印刷不良产生的几种常见印刷品质问题。

问题一、少锡

在锡膏印刷环节出现这种少锡的状况，贴上元件过完炉后会出现元件无焊锡或焊锡强度不足、元件立碑等问题出现，那么在锡膏印刷环节控制好印刷品质就尤为关键。一般出现少锡主要有两个原因。第一是锡膏填充不足，第二是脱模效果不好引起的少锡。

我们先看看锡膏填充不足的原因，首先从物料开始分析，大家都知道，锡膏是由多种金属粉末加上一定量的化学材料合成的膏体，从保存锡膏的冰箱里取出来的锡膏只有通过一定时间的回温后搅拌均匀才能使用。如果搅拌不足就会使锡膏粘度过高流动性不够，搅拌过度就会让锡膏的流动性太好而导致粘度过低。假如我们使用的锡膏搅拌不足，在印刷锡膏时难以填充进钢网的网孔或者是脱模时很难将网孔里的锡膏脱离至PCB上的焊盘里，锡膏长时间保留在钢网上也会由于助焊剂的挥发导致锡膏变干，干燥的锡膏也会影响到锡膏填充效果；二、印刷速度的原因，如果刮刀移动速度过快也会出现填充不足，要设定好合适的印刷速度。

第二：脱模不良，脱模不良的原因主要有三点，一、锡膏过于干燥不容易脱模；二、钢网网孔堵塞，如果清洗钢网时没能将钢网网孔里残留的锡膏清洗干净，再次印刷锡膏时就会出现锡膏填充不足；第三、脱模速度过快，脱模时PCB焊盘的牵引速度与锡膏的粘度不成正比时，网孔里的锡膏就会出现断裂导致部分锡膏依然残留在网孔内，另外网孔孔壁过于粗糙和网孔形状都会影响脱模效果。

问题二、渗透

在SMT生产中一旦出现锡膏渗透的PCB，一定会因为锡珠、短路、锡桥等品质问题而返修。所以我们必须在锡膏印刷环节控制好品质，那为什么会出现锡膏渗透这种品质问题呢？

原因主要来自于三方面，第一、锡膏搅拌过度导致锡膏粘度过低，流动性太好的锡膏在脱模时出现锡膏渗透至PCB焊盘以外的地方；第二、PCB由于变形而翘曲，翘曲的PCB会导致钢网无法完整的贴合至PCB表面，在印刷锡膏时就开始出现小范围被脱模而出现锡膏渗透；第三、由于PCB是大批量生产的，这就意味着PCB厚度存在着一定误差，就因为这些误差的存在有可能会导致PCB与钢网无法贴合，在PCB与钢网没有贴合的情况下印刷出来的锡膏同样会渗透至PCB焊盘以外的地方。另外PCB底部由于支撑不当也容易出现锡膏渗透，特别是智能手机、智能穿戴产品上，微小元器件密布，PCB底部支撑稍有不当就锡膏印刷品质问题频发。刮刀压力太大也会导致印刷锡膏时出现锡膏渗透，根据不同的产品、不同的元器件设定恰当的刮刀压力有助于印刷品质的提升，同时也会延长刮刀片的使用寿命。

脱模在PCB表面的锡膏塌陷后，过完回流焊就会出现锡珠、锡桥、短路、元件被拉偏、立碑等品质问题，出现这种品质问题极难返修，必要在锡膏印刷环节控制好印刷品质，一旦发现锡膏在PCB上塌陷，我们应立即将PCB上的锡膏清洗干净甚至将该片PCB作报废处理。

那么在锡膏印刷环节我们该如何减少锡膏塌陷这种印刷缺陷呢？

第一物料的原因分析；第二机器的原因分析。首先我们来看物料，PCB厚度相差太大或者因变形而翘曲，其次是锡膏搅拌过度导致锡膏粘度过低。如果出现大批量的印刷塌陷，那么钢网与PCB之间存在间隙，当然PCB底部支撑不当也容易出现在锡膏印刷时出现锡膏在PCB上发生塌陷。另外，刮刀压力过大，印刷速度过快，钢网底部残留有锡膏都会引起PCB上的锡膏塌陷。

问题五、拉尖

拉尖又叫狗耳朵或起包，这种缺陷是由脱模不良造成的。印刷在PCB上的锡膏出现拉尖后过完炉就会有锡珠甚至锡桥等品质不良。解决方法主要有以下几点，第一、印刷锡膏之前，要确认PCB和钢网之间是否存在间隙，因为钢网网孔孔壁会凹凸不平有毛刺存在，印刷好锡膏等到脱模时，粘在孔壁上的部分锡膏会拉起脱模在PCB上的锡膏而出现拉尖，如果只有一部分发生拉尖，就有可能是因为PCB与钢网没有完全贴合而造成拉尖的；第二、脱模速度过快也会导致PCB上的锡膏在即将完全离开钢网网孔时被拉起，设定好合适的脱模速度也很关键；如果钢网网孔孔壁过于粗糙就需要将钢网孔壁做专业抛光了，因为孔壁过于凹凸不平是影响锡膏拉尖的最主要的原因，在智能手机、智能穿戴设备、平板电脑等产品的主板SMT生产中，钢网对锡膏印刷品质直通率影响非常大。

问题六、凹陷

如果看仔细一点从图中我们可以看出，中间部分有点发白而两头的蓝色相对较深，说明焊盘两头的锡膏相对于焊盘中间部分的锡膏量略多，这种缺陷叫凹陷。出现这种印刷品质缺陷后，在回流焊焊接过程中，锡膏的溶化流动会导致结晶后的元件与焊盘出现无焊锡或者是焊锡强度不足，凹陷还会导致锡膏在溶化过程中产生的拉力而将元件拉偏离贴片时的位置，凹陷严重时会出现立碑等品质问题，但是微小元件的锡膏印刷很少出现这种缺陷。

那么是什么原因造成印刷出来的锡膏出现凹陷呢？第一、刮刀片过硬会带走网孔里的锡膏而产生这一印刷缺陷；第二、印刷压力过大带走网孔中的部分锡膏而出现凹陷；

锡膏是SMT生产工艺中至关重要的一部分，锡膏中金属粉末的大小、金属含量的分配、助焊剂的比例、回温时间、搅拌时间和锡膏的保存环境、放置时间都会影响到锡膏印刷品质。由于锡膏原因造成的下锡不良、焊接效果不好等品质问题时有发生。

总结：要想控制好锡膏印刷品质的直通率，必须选择合适的锡膏并保障锡膏的存放环境和方法，严格遵守锡膏的使用流程，根据不同的产品而设计好元件的分布比例和位置，印刷不同的元件选择合适的钢网网孔形状和开口形状、网孔大小及钢网厚度等，印刷机的品质参差不齐，各品牌和使用范围种类繁多，需要根据自身的产品而谨慎选择，特别是03015、01005元件和细小球径BGA被广泛使用，对印刷机的重复印刷精度要求越来越高，选择印刷机时最好测试它的CMK、CPK值，避免由于印刷机性能而制约生产效能。