锡膏印刷工艺中的塌陷是怎么造成的？

在锡膏印刷工艺中，塌陷是指印刷后的锡膏无法维持预期形状，出现边缘垮塌、向焊盘外侧蔓延，甚至在相邻焊盘间形成桥接的现象。这一缺陷会显著影响焊接质量，导致短路或虚焊等问题。塌陷的形成是多种因素共同作用的结果下面是详细分析及优化方案：

一、塌陷的核心成因

1. 刮刀压力失控

原理：刮刀压力过大时，锡膏在通过钢网孔洞时会被过度挤压，导致部分锡膏渗入钢网与PCB的间隙。若压力持续过高，相邻焊盘的锡膏可能因挤压而连接，形成塌陷。

典型场景：细间距元件（如0.4mm pitch以下的QFP、BGA）印刷时，刮刀压力稍大即易引发短路。

2. 锡膏流变特性异常

黏度不足：

原因：剂挥发、金属含量异常（如助焊剂比例过高）或环境湿度过高，均会导致锡膏黏度下降。

影响：低黏度锡膏印刷后边缘松散，难以维持形状，尤其在细间距焊盘上易扩散。

金属颗粒尺寸不匹配：

问题：小颗粒锡膏（如T6级）虽下锡性好，但印刷后形状保持性差，易因表面张力作用而塌陷。

案例：0.3mm间距元件使用T6级锡膏时，塌陷风险显著增加。

3. 环境因素干扰

湿度过高：锡膏吸湿后稀化，黏度降低，导致塌陷。例如，在湿度>60% RH的环境中，未密封的锡膏可能因吸湿而失效。

温度波动：高温会降低助焊剂黏度，使锡膏在印刷后流动过度；若时间过长，稀释剂挥发又会导致黏度回升，引发印刷困难。

4. 工艺参数与设备缺陷

钢网设计不合理：

开孔过大：钢网开孔面积超过焊盘95%时，或钢网过厚，下锡量超标，多余焊料在重力作用下流淌，形成塌陷。

倒角缺失：钢网孔壁垂直或内凹设计会增加锡膏脱模时的应力，导致边缘不整齐。

脱模速度过快：快速脱模可能拉扯锡膏，使其边缘呈锯齿状或塌陷。

设备状态不佳：钢网底部沾污、刮刀磨损或PCB支撑不足，均可能间接引发塌陷。

二、系统性优化方案

1. 精准控制刮刀压力

调整策略：

通过试验确定最佳压力范围（通常为0.1-0.3N/mm），确保锡膏均匀填充钢网孔洞且不渗入间隙。

使用压力传感器实时监测，避免人工调整误差。

案例：某SMT线通过将刮刀压力从0.35N/mm降至0.25N/mm，细间距元件塌陷率降低80%。

2. 优化锡膏选择与管理

黏度匹配：

根据元件间距选择合适黏度的锡膏（如细间距选用高黏度、快干型锡膏）。

避免使用过期或二次回收的锡膏，防止金属含量异常。

颗粒尺寸控制：

常规间距（≥0.5mm）选用T4级（20-38μm）锡膏。

细间距（0.3-0.4mm）选用T5级（15-25μm）锡膏，避免使用T6级。

存储与使用：

锡膏需冷藏（0-10℃）保存，使用前回温至室温（≥4小时）。

印刷过程中每2小时搅拌一次，防止金属颗粒沉降。

3. 严格环境管控

温湿度控制：

印刷车间温度保持在23±3℃，湿度控制在40%-60% RH。

使用除湿机或加湿器动态调节，避免锡膏吸湿或干燥过快。

局部防护：

在钢网下方安装防尘罩，减少环境污染物对锡膏的干扰。

4. 改进钢网设计与脱模工艺

钢网优化：

开孔面积控制在焊盘的90%-95%，并设计倒角（如0.1mm圆角）减少应力集中。

使用电抛光钢网，降低孔壁粗糙度，提升脱模顺畅性。

脱模参数调整：

脱模速度设置为0.5-1mm/s，与印刷速度匹配。

采用分段脱模（如先缓慢抬起0.1mm，再快速脱离），减少锡膏拉扯。

5. 设备维护与操作规范

定期保养：

每周清洗钢网，去除底部残留锡膏和助焊剂。

检查刮刀刀片磨损情况，及时更换（刀片边缘圆角半径应<0.1mm）。

PCB固定：

使用多点夹紧装置固定PCB，防止印刷过程中移动导致锡膏偏移

三、效果验证与持续改进

检测方法：

使用2D/3D SPI（锡膏检测仪）量化塌陷高度和面积，设定阈值（如塌陷高度>0.1mm为NG）。

通过X-Ray检查焊接后桥接率，验证优化效果。

持续改进：

建立DOE（实验设计）模型，分析刮刀压力、锡膏黏度、环境湿度等参数的交互影响。

定期复盘生产数据，针对高频塌陷问题调整工艺窗口。

通过上述改进方法，可显著降低锡膏印刷塌陷率，提升焊接良率至99.5%以上。关键在于结合设备特性、材料性能和环境条件，制定精准的工艺控制方案，并持续监控与改进。

审核编辑 黄宇