SMT贴片加工无铅锡膏工艺优化指南

SMT贴片加工无铅锡膏工艺优化指南

在SMT贴片加工中，无铅锡膏工艺的优化对于确保电子产品的质量和生产效率至关重要。无铅锡膏相较于有铅锡膏，在成分和特性上存在差异，这使得其工艺控制更为关键。本文将详细阐述无铅锡膏工艺的各个环节以及优化方法，助力SMT贴片加工从业者提升工艺水平。

一、无铅锡膏特性剖析

无铅锡膏主要由锡、银、铜等合金成分构成，其合金配比会显著影响锡膏的熔点、润湿性、机械性能等关键特性。例如，常见的Sn-Ag-Cu合金无铅锡膏，熔点通常在217℃ - 227℃ 之间，高于有铅锡膏的183℃熔点。这种较高的熔点要求在焊接过程中设置更高的温度参数，同时也对电子元件和PCB基板的耐热性提出了挑战。在润湿性方面，无铅锡膏由于成分的改变，其在金属表面的铺展和附着能力与有铅锡膏有所不同，这可能导致焊接时出现润湿不良等问题，影响焊点质量。

二、工艺前准备工作

（一）锡膏储存与取用

无铅锡膏应储存在5℃ - 25℃的冷藏环境中，湿度控制在40% - 60%RH。这是因为适宜的温湿度条件能够有效减缓锡膏中助焊剂的挥发和锡粉的氧化，延长锡膏的使用寿命和保持其性能稳定。取用锡膏时，需提前从冷藏库取出，在室温下解冻4 - 8小时，严禁使用加热设备加速解冻，否则会破坏锡膏的内部结构和性能。

（二）锡膏搅拌

解冻后的锡膏在使用前必须进行充分搅拌。机械搅拌时，转速宜控制在50 - 100转/分钟，搅拌时间为3 - 5分钟；人工搅拌则需以缓慢、均匀的速度进行，时间约为5 - 8分钟。搅拌的目的在于使锡膏中的合金粉末和助焊剂充分混合，恢复其均匀的状态和良好的流动性，确保在印刷过程中锡膏能够均匀地涂布在PCB焊盘上。

三、印刷工艺优化

（一）钢网选择

钢网的材质、厚度和开口设计对锡膏印刷质量起着决定性作用。材质方面，不锈钢激光切割钢网因其高精度和良好的耐磨性成为首选。对于一般的SMT贴片加工，钢网厚度可在0.1mm - 0.15mm之间选择；针对精细间距元件（如0.5mm以下引脚间距的QFP、BGA等），应选用0.08mm - 0.1mm的超薄钢网。开口设计需根据焊盘尺寸和形状进行精准定制，常见的开口形状有矩形、圆形、椭圆形等，为了改善锡膏的脱模效果，可对开口进行适当的圆角处理或采用特殊的开口设计（如针对QFN元件的十字分割开口） 。

（二）印刷设备参数调整

1. 刮刀速度：根据PCB上元器件的大小和密度进行调整，一般为10mm/s - 50mm/s。对于较小的元件和精细间距的焊盘，刮刀速度应较慢，以确保锡膏能够充分填充到焊盘上；对于较大的元件和间距较大的焊盘，可适当提高刮刀速度，提高印刷效率。

2. 刮刀压力：通常设置在0.8kg/cm² - 1.5kg/cm²之间。压力过小会导致锡膏印刷量不足，压力过大则可能使钢网变形，影响印刷精度，甚至损坏钢网和PCB。在实际生产中，需要通过试印和对印刷效果的检查来确定最佳的刮刀压力。

3. 脱模速度：脱模速度不宜过快，一般控制在0.5mm/s - 2mm/s。缓慢的脱模速度有助于锡膏完整地从钢网开口转移到PCB焊盘上，减少锡膏的拉尖和桥接等缺陷。

（三）印刷环境控制

印刷车间的环境温度应保持在23℃ ± 2℃，相对湿度控制在45% - 55%。稳定的温湿度环境可以避免锡膏因吸湿或溶剂挥发过快而导致的性能变化，保证印刷质量的稳定性。此外，印刷车间应保持清洁，减少灰尘和杂质对锡膏和PCB的污染，防止因异物混入而产生焊接缺陷。

四、贴片工艺要点

（一）贴片机参数设置

1. 贴装精度：确保贴片机的贴装精度满足元器件的贴装要求。对于0402及以上尺寸的元件，贴装精度一般要求达到±0.05mm；对于0201和01005等微小尺寸元件，贴装精度需控制在±0.03mm以内。定期对贴片机进行精度校准和维护，保证其长期稳定的工作精度。

2. 贴装压力：根据元器件的类型和尺寸调整贴装压力。压力过小可能导致元器件贴装不牢固，在回流焊过程中出现移位或立碑等问题；压力过大则可能损坏元器件或使锡膏挤出焊盘，造成短路。一般来说，对于片式电阻电容等小型元件，贴装压力可设置在0.5N - 1.5N；对于IC等较大尺寸的元器件，贴装压力可适当增加到1.5N - 3N 。

（二）元器件放置方向和顺序

合理规划元器件的放置方向和顺序，有助于提高贴片效率和质量。对于有极性的元器件（如电解电容、二极管等），应确保其放置方向正确；对于尺寸较大或重量较重的元器件，应优先贴装，以避免在后续的贴片过程中因振动或碰撞而导致已贴装元件的移位。同时，根据PCB的布局和工艺流程，优化贴片机的贴片路径，减少贴片机的运动距离和时间，提高生产效率。

五、回流焊工艺优化

（一）回流焊温度曲线设置

1. 预热区：升温速度控制在1.5℃/s - 3℃/s，使PCB和元器件均匀升温，避免因温度变化过快而产生热应力，导致元件损坏或PCB变形。预热区的温度一般设置在120℃ - 150℃，时间为60 - 120秒。

2. 保温区：温度维持在150℃ - 180℃，时间为30 - 60秒。在此区域，助焊剂充分活化，去除元器件引脚和PCB焊盘表面的氧化物，提高焊接的润湿性。

3. 回流区：峰值温度应高于无铅锡膏的熔点20℃ - 30℃，即达到235℃ - 255℃，并保持20 - 40秒，确保锡膏充分熔化，形成良好的焊点。但需注意，峰值温度过高或持续时间过长会导致焊点氧化、元器件过热损坏等问题。

4. 冷却区：冷却速度控制在3℃/s - 5℃/s，快速冷却可以使焊点结晶细密，提高焊点的机械强度和电气性能。冷却区的温度应迅速降至100℃以下。

（二）回流焊设备维护

定期对回流焊设备进行维护保养，包括清洁炉膛、检查加热元件和风扇的工作状态、校准温度传感器等。炉膛内的助焊剂残留和灰尘积累会影响热传递效率和温度均匀性，导致焊接质量不稳定；加热元件和风扇的故障会直接影响温度曲线的控制；温度传感器的不准确则会使实际温度与设定温度出现偏差，因此，严格的设备维护是保证回流焊工艺稳定的重要保障。

六、常见缺陷及解决措施

（一）锡珠

1. 产生原因：焊盘和元件引脚可焊性差、模板开口与焊盘对位不准、Z轴压力过大、预热区和活化区升温速度过快、模板开口及轮廓不清晰等。

2. 解决方法：检查并确保焊盘、元件引脚和锡膏未氧化；精确调整模板开口与焊盘的对位；调整Z轴压力至合适范围；优化预热区和活化区的升温速度；定期检查模板开口及轮廓，必要时更换模板。

（二）立碑（曼哈顿现象）

1. 产生原因：元件两端受热不均匀、焊盘两端尺寸和间隙设计不合理、元件贴装位置偏移、焊膏中的焊剂量过多或过少、印刷焊锡膏厚度不够等。

2. 解决方法：优化焊盘设计，使元件两端尺寸对称；调整印刷参数和元件贴装位置；控制焊膏中的焊剂量在合适范围内（如无铅锡膏焊剂含量在10.5% ± 0.5%）；增加印刷厚度，确保足够的锡膏量用于焊接。

（三）桥接

1. 产生原因：焊锡膏质量问题（如金属含量偏高、印刷时间过长）、锡膏过多或粘度低、印刷对位不准或压力过大、贴放元器件压力过大、链速和升温速度过快导致锡膏中溶剂来不及挥发等。

2. 解决方法：定期更换或补充新锡膏，保持锡膏的良好性能；选择合适粘度（如190 ± 30Pa·S）的锡膏；精确调整印刷对位和压力；控制贴放元器件的压力；优化回流温度曲线，调整链速和炉温，使锡膏中的溶剂充分挥发 。

（四）焊点锡少

1. 产生原因：锡膏量不足、机器停止后再印刷导致锡膏干结、模板开口堵塞、锡膏品质变差、焊盘和元器件可焊性差、回流时间不足等。

2. 解决方法：增加模板厚度或印刷压力，确保足够的锡膏量；停机后再次开机前检查并清理模板；选用可焊性良好的焊盘和元器件；适当增加回流时间。

（五）假焊

1. 产生原因：元器件和焊盘可焊性差、再流焊温度和升温速度不当、印刷参数不正确、印刷后滞流时间过长导致锡膏活性变差等。

2. 解决方法：严格筛选PCB和元器件，确保其焊接性能良好；根据锡膏特性和元器件要求优化回流焊温度曲线；调整刮刀压力和速度，保证良好的印刷效果；锡膏印刷后尽快进行贴片和回流焊，缩短滞流时间。

（六）冷焊

1. 产生原因：加热温度不适合、焊锡变质、预热时间过长或温度过高。

2. 解决方法：参考供应商提供的温度曲线，结合实际生产情况调整回流温度曲线；更换新的锡膏；检查设备的预热条件，确保其正常工作。

通过对无铅锡膏工艺各个环节的深入了解和精细控制，以及对常见缺陷的有效预防和解决，SMT贴片加工企业能够提高产品质量，降低生产成本，增强市场竞争力。在实际生产过程中，还需要不断总结经验，持续优化工艺参数，以适应不断发展的电子制造行业的需求。