SMT用焊锡膏
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小厚度有利于小元件位置的锡膏脱模，但减少了大元件 位置的锡膏涂敷量
大厚度不利于小元件位置的锡膏脱模
最小pitch 0.65mm 0.5mm 0.4mm (0.3mmBGA)
模板厚度 0.15-0.2mm
0.15 0.125-0.15
29
Step stencil
30
化学腐蚀开孔
优点：成本低 缺点： (⑴) “沙漏形”孔壁与过腐
蚀 (⑵) Aspect ratio一般为1.5，
Area ratio一般为0.9，无 法用于细间距
Pitch 0.5mm条件下还可用
31
激光切割开孔
表面粗糙度降低，更有利于锡膏脱模
激光切割后
电化学抛光后
镀镍后
32
激光切割开孔
优点： 开孔尺寸可小至0.1mm，aspect ratio可达0.13，area ratio 可达0.66, 适合于细间距 可形成“倾斜”孔壁，更有利于 锡膏脱模
47
与开孔密切相关的SMT缺陷
MCSB：Mid-chip Solder Bead/Ball
48
历史经验
SnPb锡膏SMT经验表明，为了减少MCSB 最佳：0.125mm厚模板；”home plate”开孔；
10% area reduction 最差：0.15mm厚模板；正规长方形开孔；
1：1尺寸 此经验 同样适用于无铅锡膏
41
印刷工艺参数
某种意义上讲，分离速度是决定印刷质量的最关键参数
强烈建议采用“试验设计法”（DOE）确定最优 化的印刷工艺参数
42
此外……
环境温湿度：22-28oC、30-60%RH 模板清洗频率
间距越细，清洗频率应越高 模板与PCB的对准
43
开孔形状/尺寸
IPC-7525: Stencil Design Guideline, 2000 基本原则： 开孔面积小于相对应的焊盘 面积 尽可能采用“防锡珠”开孔形状
Mixing with solder powder
Temp., humidity, speed, time, vacuum
QC Inspection Packaging and QC
Viscosity, Metal content, Solder Ball, Hot Slump
Label, weight
55
Solder Paste Ears
锡膏问题 / 钢网问题 / 开孔问题 / 模板厚度问题 厚模 板，小间距印刷情况下容易出现 尽可能减小开孔长度， 而不是宽度，有利于锡膏脱离模板
18
锡膏的触变指数
转速 30 20 10 5 4 3 10
粘度 94.7 115.3 166.1 255.2 294.3 355.8 166.5
19
锡膏的触变指数
锡膏触变指数应为0.60.1，最理想为0.55-0.65
20
锡膏的性能
批量生产时的例行检测项目：J-STD 005 （1）合金比例 （2）粘度 （3）锡珠测试 （4）热坍塌
N/A N/A
N/A N/A
N/A
Area ratio
0.88-1.48 0.71-0.83 0.69-0.83 0.68-0.86 0.65-0.86
0.84-1.00 0.66-0.89
0.93-1.25 0.67-0.78 0.69-0.92
45
开孔形状
46
与开孔密切相关的SMT缺陷
MCSB：Mid-chip Solder Bead/Ball
测试用梳形电极
16
锡膏的触变性能
在一定剪切力作用下，粘度 随时间增加而减小
粘度随剪切力增加而减小， 随剪切力减小而回复
17
锡膏粘度与触变指数
粘度单位： （1）centipoise (cp, 厘泊) （2）Pa s 1 centipoise = 0.001 Pa s 焊锡膏粘度范围： 50,000 ~ 300,000 centipoise / 50 ~ 300 Pa s 检测方法标准： IPC-TM-650 2.4.34.3 推荐使用MALCOM粘度计
缺点： 开孔需逐个加工，费时费力。可与化学腐蚀结合使用
33
电加工成型开孔
可获得极小粗糙度的孔壁 0.5m量级 激光切割为
1.5-3.0m量级
Aspect ratio可小至1.1 Area ratio可小至0.50
最适合于细间距，如0402、 0201元件、0.3mm pitch
34
模板开孔工艺
1mil = 0.0254mm
不锈钢 塑料 镍 镍
相对成本 1.0 1.0
3.0-5.0 1.4 ？ 5.0
27
开孔设计最基本原则
Aspect ratio = W/T IPC-7525推荐：1.5
Area ratio = Aopening/Awalls IPC-7525推荐：0.66
开孔几何与锡膏的顺利脱模
28
典型模板厚度
0.1、0.125、0.15mm、0.2mm
Storage
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ22
锡膏的使用
（1）锡膏的存储：3-10C环境 （2）开封使用前至少回温4个小时，保证锡膏温度恢复至室温 （3）使用后剩余的锡膏不可以再冷藏，应密封存放，并尽快再次使 用。再次使用时应与新锡膏按照1：1比例混合，并均匀搅拌后投入 使用 （4）印刷机环境温度：22-28oC，30-60%RH （5）印刷速度：25-100mm/sec
1
概要
1. 焊锡膏的组成与制造 2. 焊锡膏的性能与检测 3. 焊锡膏的使用 4. 回流焊接缺陷分析 5. 无铅锡膏的新进展
2
锡膏的基本组成
焊料合金粉末 均匀混合 锡膏
合金成分是另外一个问题
助焊膏
3
粉末粒度/J-STD-005
类型
1 2 3 类型
4 5
单位：6 m
不大于
160 80 50 不大于
TYPE 3 TYPE 4 TYPE 5，6
PITCH 0.5mm PITCH 0.4mm
芯片封装
5
粉末球形度
J-STD-005中规定焊料合金粉末的球形度应满足于颗粒 长宽比<1.07，但实际上绝大多数合金粉末供应商无法 满足这一要求，目前工业界比较接受的是粉末颗粒长宽 比应小于1.5
6
粉末氧含量
1.95
0.15-0.25
0.35
1.50
0.30
1.45 0.15-0.175
0.30
1.25
0.25
1.20 0.125-0.15
0.25
1.25
0.20
1.20 0.10-0.125
0.20
1.00
0.15
0.95
0.075-
0.125
0.50
0.65
0.45
0.60 0.125-0.15
0.25
保证生产进度的前提下，印刷速度可尽量放低
38
印刷工艺参数
正比 Squeegee pressure
Print speed
0.018-0.027kg/mm of blade length 1.0-1.5lbs/inch of blade length
刮刀压力要足够大，以保证“刮干净”模板上表面 在此前提下，刮刀压力越小越好 过大会导致锡膏 坍塌、模板下溢出、桥连等问题
35
刮刀材料
聚亚胺酯橡胶/金属（不锈钢或黄铜） 细间距印刷需要高硬度刮刀材料
低成本，易磨损 易挖走锡膏 高成本，不易磨损 易损伤模板
36
刮刀材料
采用橡胶刮刀，则需保证刀刃的尖锐
37
印刷工艺参数
Print cycle time
Print speed
Just in time
20-50mm/s
贴片机 20-100mm/s
13
润湿性评价
润湿平衡法原理图 ANSI/J-STD-002B, IEC 60068-2-58, MIL-STD-202G
14
润湿性评价
润湿平衡设备，日本Rhesca公司
15
焊后表面绝缘电阻
测试方法标准：IPC-TM-650 2.6.3.3 标准测试条件： 85oC，85%RH，168h 测试电压：100V SIR > 108
49
与开孔密切相关的SMT缺陷
Tombstone Overprint(印刷面积>焊盘面积)有利于减少此类缺陷
50
权衡
一己之见： 大尺寸元件 (0603) 采用area reduced aperture 小尺寸元件 (0402) 采用1:1或者overprint Step stencil的合理运用
0.40
0.23
0.35
0.075-
0.125
0.80
0.80
0.75
0.75 0.15-0.20
0.38
0.38
0.35
0.35
0.115-
0.135
0.30
0.30
0.28
0.28
0.075-
0.125
Aspect ratio
2.3-3.8 1.7-2.0 1.7-2.0 1.6-2.0 1.5-2.0
9
助焊膏的性能
助焊膏其实就是一种膏状助焊剂 （1）J-STD004分类 一般为ROL0型 （2）酸值 （3）粘度
10
锡膏的生产
（1）合金粉末与助焊膏的重量比例 锡膏的印刷其实是填充钢网开孔的体积，这涉及体积比与重量比的 换算
x V ds
x 100 x ds df
V—体积比 x—重 量比 ds—焊料合金 的比重 df—助焊膏
AES Inspection Content of Main metal element; For Pb-free: Content of RoHS substances, e.g., Pb and Cd (Pb<800ppm, Cd<20ppm)
QC Inspection OK
Acid value, Resistivity of water extract
23
印刷的重要性
50-60%的SMT不良来自于印刷缺陷 有些统计中甚至高达75%
24
模板印刷示意图
25
模板印刷相关物理参数
材料相关
工艺相关
设计相关
模板材料及厚度 开孔加工工艺
刮刀材料
印刷速度 刮刀压力 分离速度
开孔形状 开孔尺寸
26
材料相关
开孔加工工艺 化学腐蚀
激光切割 电加工成型
模板材料 黄铜/镀镍 不锈钢/抛光
的比重
11
锡膏的生产
（2）合金粉末与助焊膏的均匀混合搅拌 严格控制加入顺序、搅拌速度、搅拌时间，真空度与抽真空时间 （3）检测后包装
12
锡膏的性能
研发时的检测项目：（由于耗时很长，不可能作为批量生产时 的例行检测项目）
（1）润湿性评价 （2）焊后表面绝缘电阻 （3）触变指数 （4）印刷性能 （5）常规回流焊工艺窗口的适应性 （6）坍塌性能
51
52
Incomplete Print
主要原因：钢网是否经过彻底清洗
53
Paste Print Misalignment
主要原因：对准精度不高 / 印刷电 路板焊盘位置存在偏差 一般情况下，80%的覆盖率为允许
54
Paste Residues
印刷不良的电路板清洗之后未能彻底清洗干净，一些锡膏残 余进入通孔里面
40 30 20
只有小于1% 的部分大于
150
最少有80% 位于其中
150-75
75
75-45
45
45-25
只有小于1% 的部分大于
38
最少有90% 位于其中
38-20
25
25-15
15
15-5
最多有10% 的部分小于
20 20 20
最多有10% 的部分小于
20
15
5
4
粉末粒度/J-STD-005
21
QC Flowchart for Solder Paste
Raw materials IQC for flux
FTIR Inspection
Raw material IQC for powder
Mixing
Producing Order Sheet Important process parameters: Temperature, speed, time
39
印刷工艺参数
Snap off
PCB上表面与模板下表面之间的距离 推荐：Snap off = 0, on-contact printing
40
印刷工艺参数
Separation distance
Separation speed
1.0mm
0.1-0.5mm/s
在不影响生产进度的前提下，分离速度慢一些好 与开孔内壁的粗糙度直接相关
无标准规定 工业界一般接受氧含量小于 150ppm 氧含量不能太低，否则合金粉 末容易粘连
没有最好的氧含量指标，只有最适合自己的助焊膏的氧 含量指标
7
焊料合金粉末的来源
国外同行： 自己生产为主， 外购为辅 国内同行： 外购为主，自己 生产为辅
观点：产业链各有分工，专业的才会更好
8
助焊膏的组成
膏状助焊剂： （1）松香类载体 （2）溶剂 （3）活性剂 （4）触变剂 （5）其它成分
44
开孔尺寸 ---- IPC-7525
元件类型
PLCC QFP QFP QFP QFP
0402 0201
BGA BGA BGA
pitch
1.25 0.65 0.50 0.40 0.30
N/A N/A
1.25 1.00 0.50
焊盘宽度 焊盘长度 开孔宽度 开孔长度 模板厚度
0.65
2.00
0.60
大厚度不利于小元件位置的锡膏脱模
最小pitch 0.65mm 0.5mm 0.4mm (0.3mmBGA)
模板厚度 0.15-0.2mm
0.15 0.125-0.15
29
Step stencil
30
化学腐蚀开孔
优点：成本低 缺点： (⑴) “沙漏形”孔壁与过腐
蚀 (⑵) Aspect ratio一般为1.5，
Area ratio一般为0.9，无 法用于细间距
Pitch 0.5mm条件下还可用
31
激光切割开孔
表面粗糙度降低，更有利于锡膏脱模
激光切割后
电化学抛光后
镀镍后
32
激光切割开孔
优点： 开孔尺寸可小至0.1mm，aspect ratio可达0.13，area ratio 可达0.66, 适合于细间距 可形成“倾斜”孔壁，更有利于 锡膏脱模
47
与开孔密切相关的SMT缺陷
MCSB：Mid-chip Solder Bead/Ball
48
历史经验
SnPb锡膏SMT经验表明，为了减少MCSB 最佳：0.125mm厚模板；”home plate”开孔；
10% area reduction 最差：0.15mm厚模板；正规长方形开孔；
1：1尺寸 此经验 同样适用于无铅锡膏
41
印刷工艺参数
某种意义上讲，分离速度是决定印刷质量的最关键参数
强烈建议采用“试验设计法”（DOE）确定最优 化的印刷工艺参数
42
此外……
环境温湿度：22-28oC、30-60%RH 模板清洗频率
间距越细，清洗频率应越高 模板与PCB的对准
43
开孔形状/尺寸
IPC-7525: Stencil Design Guideline, 2000 基本原则： 开孔面积小于相对应的焊盘 面积 尽可能采用“防锡珠”开孔形状
Mixing with solder powder
Temp., humidity, speed, time, vacuum
QC Inspection Packaging and QC
Viscosity, Metal content, Solder Ball, Hot Slump
Label, weight
55
Solder Paste Ears
锡膏问题 / 钢网问题 / 开孔问题 / 模板厚度问题 厚模 板，小间距印刷情况下容易出现 尽可能减小开孔长度， 而不是宽度，有利于锡膏脱离模板
18
锡膏的触变指数
转速 30 20 10 5 4 3 10
粘度 94.7 115.3 166.1 255.2 294.3 355.8 166.5
19
锡膏的触变指数
锡膏触变指数应为0.60.1，最理想为0.55-0.65
20
锡膏的性能
批量生产时的例行检测项目：J-STD 005 （1）合金比例 （2）粘度 （3）锡珠测试 （4）热坍塌
N/A N/A
N/A N/A
N/A
Area ratio
0.88-1.48 0.71-0.83 0.69-0.83 0.68-0.86 0.65-0.86
0.84-1.00 0.66-0.89
0.93-1.25 0.67-0.78 0.69-0.92
45
开孔形状
46
与开孔密切相关的SMT缺陷
MCSB：Mid-chip Solder Bead/Ball
测试用梳形电极
16
锡膏的触变性能
在一定剪切力作用下，粘度 随时间增加而减小
粘度随剪切力增加而减小， 随剪切力减小而回复
17
锡膏粘度与触变指数
粘度单位： （1）centipoise (cp, 厘泊) （2）Pa s 1 centipoise = 0.001 Pa s 焊锡膏粘度范围： 50,000 ~ 300,000 centipoise / 50 ~ 300 Pa s 检测方法标准： IPC-TM-650 2.4.34.3 推荐使用MALCOM粘度计
缺点： 开孔需逐个加工，费时费力。可与化学腐蚀结合使用
33
电加工成型开孔
可获得极小粗糙度的孔壁 0.5m量级 激光切割为
1.5-3.0m量级
Aspect ratio可小至1.1 Area ratio可小至0.50
最适合于细间距，如0402、 0201元件、0.3mm pitch
34
模板开孔工艺
1mil = 0.0254mm
不锈钢 塑料 镍 镍
相对成本 1.0 1.0
3.0-5.0 1.4 ？ 5.0
27
开孔设计最基本原则
Aspect ratio = W/T IPC-7525推荐：1.5
Area ratio = Aopening/Awalls IPC-7525推荐：0.66
开孔几何与锡膏的顺利脱模
28
典型模板厚度
0.1、0.125、0.15mm、0.2mm
Storage
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ22
锡膏的使用
（1）锡膏的存储：3-10C环境 （2）开封使用前至少回温4个小时，保证锡膏温度恢复至室温 （3）使用后剩余的锡膏不可以再冷藏，应密封存放，并尽快再次使 用。再次使用时应与新锡膏按照1：1比例混合，并均匀搅拌后投入 使用 （4）印刷机环境温度：22-28oC，30-60%RH （5）印刷速度：25-100mm/sec
1
概要
1. 焊锡膏的组成与制造 2. 焊锡膏的性能与检测 3. 焊锡膏的使用 4. 回流焊接缺陷分析 5. 无铅锡膏的新进展
2
锡膏的基本组成
焊料合金粉末 均匀混合 锡膏
合金成分是另外一个问题
助焊膏
3
粉末粒度/J-STD-005
类型
1 2 3 类型
4 5
单位：6 m
不大于
160 80 50 不大于
TYPE 3 TYPE 4 TYPE 5，6
PITCH 0.5mm PITCH 0.4mm
芯片封装
5
粉末球形度
J-STD-005中规定焊料合金粉末的球形度应满足于颗粒 长宽比<1.07，但实际上绝大多数合金粉末供应商无法 满足这一要求，目前工业界比较接受的是粉末颗粒长宽 比应小于1.5
6
粉末氧含量
1.95
0.15-0.25
0.35
1.50
0.30
1.45 0.15-0.175
0.30
1.25
0.25
1.20 0.125-0.15
0.25
1.25
0.20
1.20 0.10-0.125
0.20
1.00
0.15
0.95
0.075-
0.125
0.50
0.65
0.45
0.60 0.125-0.15
0.25
保证生产进度的前提下，印刷速度可尽量放低
38
印刷工艺参数
正比 Squeegee pressure
Print speed
0.018-0.027kg/mm of blade length 1.0-1.5lbs/inch of blade length
刮刀压力要足够大，以保证“刮干净”模板上表面 在此前提下，刮刀压力越小越好 过大会导致锡膏 坍塌、模板下溢出、桥连等问题
35
刮刀材料
聚亚胺酯橡胶/金属（不锈钢或黄铜） 细间距印刷需要高硬度刮刀材料
低成本，易磨损 易挖走锡膏 高成本，不易磨损 易损伤模板
36
刮刀材料
采用橡胶刮刀，则需保证刀刃的尖锐
37
印刷工艺参数
Print cycle time
Print speed
Just in time
20-50mm/s
贴片机 20-100mm/s
13
润湿性评价
润湿平衡法原理图 ANSI/J-STD-002B, IEC 60068-2-58, MIL-STD-202G
14
润湿性评价
润湿平衡设备，日本Rhesca公司
15
焊后表面绝缘电阻
测试方法标准：IPC-TM-650 2.6.3.3 标准测试条件： 85oC，85%RH，168h 测试电压：100V SIR > 108
49
与开孔密切相关的SMT缺陷
Tombstone Overprint(印刷面积>焊盘面积)有利于减少此类缺陷
50
权衡
一己之见： 大尺寸元件 (0603) 采用area reduced aperture 小尺寸元件 (0402) 采用1:1或者overprint Step stencil的合理运用
0.40
0.23
0.35
0.075-
0.125
0.80
0.80
0.75
0.75 0.15-0.20
0.38
0.38
0.35
0.35
0.115-
0.135
0.30
0.30
0.28
0.28
0.075-
0.125
Aspect ratio
2.3-3.8 1.7-2.0 1.7-2.0 1.6-2.0 1.5-2.0
9
助焊膏的性能
助焊膏其实就是一种膏状助焊剂 （1）J-STD004分类 一般为ROL0型 （2）酸值 （3）粘度
10
锡膏的生产
（1）合金粉末与助焊膏的重量比例 锡膏的印刷其实是填充钢网开孔的体积，这涉及体积比与重量比的 换算
x V ds
x 100 x ds df
V—体积比 x—重 量比 ds—焊料合金 的比重 df—助焊膏
AES Inspection Content of Main metal element; For Pb-free: Content of RoHS substances, e.g., Pb and Cd (Pb<800ppm, Cd<20ppm)
QC Inspection OK
Acid value, Resistivity of water extract
23
印刷的重要性
50-60%的SMT不良来自于印刷缺陷 有些统计中甚至高达75%
24
模板印刷示意图
25
模板印刷相关物理参数
材料相关
工艺相关
设计相关
模板材料及厚度 开孔加工工艺
刮刀材料
印刷速度 刮刀压力 分离速度
开孔形状 开孔尺寸
26
材料相关
开孔加工工艺 化学腐蚀
激光切割 电加工成型
模板材料 黄铜/镀镍 不锈钢/抛光
的比重
11
锡膏的生产
（2）合金粉末与助焊膏的均匀混合搅拌 严格控制加入顺序、搅拌速度、搅拌时间，真空度与抽真空时间 （3）检测后包装
12
锡膏的性能
研发时的检测项目：（由于耗时很长，不可能作为批量生产时 的例行检测项目）
（1）润湿性评价 （2）焊后表面绝缘电阻 （3）触变指数 （4）印刷性能 （5）常规回流焊工艺窗口的适应性 （6）坍塌性能
51
52
Incomplete Print
主要原因：钢网是否经过彻底清洗
53
Paste Print Misalignment
主要原因：对准精度不高 / 印刷电 路板焊盘位置存在偏差 一般情况下，80%的覆盖率为允许
54
Paste Residues
印刷不良的电路板清洗之后未能彻底清洗干净，一些锡膏残 余进入通孔里面
40 30 20
只有小于1% 的部分大于
150
最少有80% 位于其中
150-75
75
75-45
45
45-25
只有小于1% 的部分大于
38
最少有90% 位于其中
38-20
25
25-15
15
15-5
最多有10% 的部分小于
20 20 20
最多有10% 的部分小于
20
15
5
4
粉末粒度/J-STD-005
21
QC Flowchart for Solder Paste
Raw materials IQC for flux
FTIR Inspection
Raw material IQC for powder
Mixing
Producing Order Sheet Important process parameters: Temperature, speed, time
39
印刷工艺参数
Snap off
PCB上表面与模板下表面之间的距离 推荐：Snap off = 0, on-contact printing
40
印刷工艺参数
Separation distance
Separation speed
1.0mm
0.1-0.5mm/s
在不影响生产进度的前提下，分离速度慢一些好 与开孔内壁的粗糙度直接相关
无标准规定 工业界一般接受氧含量小于 150ppm 氧含量不能太低，否则合金粉 末容易粘连
没有最好的氧含量指标，只有最适合自己的助焊膏的氧 含量指标
7
焊料合金粉末的来源
国外同行： 自己生产为主， 外购为辅 国内同行： 外购为主，自己 生产为辅
观点：产业链各有分工，专业的才会更好
8
助焊膏的组成
膏状助焊剂： （1）松香类载体 （2）溶剂 （3）活性剂 （4）触变剂 （5）其它成分
44
开孔尺寸 ---- IPC-7525
元件类型
PLCC QFP QFP QFP QFP
0402 0201
BGA BGA BGA
pitch
1.25 0.65 0.50 0.40 0.30
N/A N/A
1.25 1.00 0.50
焊盘宽度 焊盘长度 开孔宽度 开孔长度 模板厚度
0.65
2.00
0.60