朱夏川

*** T 工艺难点在"一前一后",一前指印刷,一后指回流焊。特别是对应细间距（0.5/0.4 pitch IC 或者BGA），微小元件（0201 或者 01005）和特殊器件（异性连接器，屏蔽罩，结构件等），一前一后管控更是关键。关于锡膏印刷后的可接受质量标准，IPC-7527 仅仅是对图形，偏移，面积，高度，锡珠，清洗等项目进行了规定，没有对锡膏体积（即模板体积转移率，下同）进行规定。实际上，锡膏体积是面积和高度的乘积，他是更能够反映印刷质量的综合性参数。影响锡膏印刷体积的因素很多,大致可分为锡膏,钢网,印刷参数及设备 4 大类,本文重点就印刷参数对锡膏体积的影响进行详细分析。

一 锡膏印刷的物理过程

锡膏印刷是 *** T 工艺的关键工序，由于是锡膏是锡粉（powder）和助焊剂（flux）的混合物，锡膏在印刷过程中偏流体形态。粘度是影响锡膏的流体形态的主要指标，粘度低容易流动，填充和

坍塌；粘度高容易滚动、脱膜和成型。而在锡膏印刷不同阶段，对粘度的需求也是不一样的，表一

表示 *** T 制程不同阶段对锡膏粘度的需求。可见不同阶段希望有不同的粘度。

*** T 过程对锡膏粘度的需求

影响粘度的因素很多，比如锡粉含量越高粘度越大；锡粉颗粒越大粘度越小；温度越大粘度越

小；剪切速率越大粘度越小。同时锡膏存在触变性，即粘度随着恒定剪切速率作用下随着时间/次数的增加而降低。综上所述， *** T对粘度是一个非恒定的需求，同时粘度本身也是极易改变的变量。这对锡膏印刷工艺及印刷机的参数设置提出很高要求。

锡膏印刷主要分为3个阶段：滚动，填充和脱膜。锡膏滚动如图2所示，在刮刀的移动下，锡膏受到左下的压力，这个压力可以分解为水平分量和竖直分量。水平分量推动锡膏向前滚动，竖直分

量推动锡膏向下的开口填充。

图2 锡膏印刷时的物理过程

由于触变性的作用，锡膏在模板开口正上方移动时，剪切力使锡膏粘度更低，竖直分量的压力

使锡膏迅速的向下跌路到模板开口里面。一旦锡膏落到模板开口里面，锡膏不动了，粘度上升，粘

在PCB焊盘上面。

图3 锡膏脱膜时的物理过程

脱膜如图3所示，在印刷机机台将PCB向下拉力钢网模板的时候，锡膏主要受PCB的附着力和钢网壁的摩擦力。由于粘度的增加，PCB的附着力大于钢网壁的摩擦力，这样脱膜后，锡膏会停留在PCB焊盘上，从而实现锡膏的涂布。要是出现PCB的附着力不大于钢网壁的摩擦力，就会出现脱膜不良，PCB焊盘将会少锡。为了减少这种不良，通过锡膏解冻，搅拌，印刷寿命等管控，保证触变性和粘度正常。或者使用电铸钢网，纳米钢网，FG钢网来减少孔壁的摩擦力。

二 研究思路

要研究印刷参数对锡膏体积的影响，可以黑盒法进行建模，输入为印刷参数，输出为锡膏体积。

即y=f(x1,x2,…,xn)。Y为因变量，即印刷体积；X为自变量，即印刷参数。在模型函数选择上，考虑到我们希望有个定性的关系，X变化对Y的影响,所以本次选用田口DOE OFAAT(one factor at a time,一次只改变一个变量，下同)进行。

根据印刷设备参数及功能配置，我们选取印刷速度，刮刀压力，印刷间隙和脱膜速度作为自变

量进行研究。表4为OFAAT实验计划表。

表4为OFAAT实验计划表

三 印刷参数对锡膏体积的影响

3.1 锡膏体积均值分析

根据DOE实验数据分别进行均值、标准差和信噪比的分析，图5是锡膏体积均值响应表及主效应图。

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均值响应表

图 5 主效应图

图 5 均值响应表及主效应图

从图5可以看到，不同印刷参数水平对锡膏体积产生影响。随着速度增加，锡膏体积先增加后降低；随着压力增大，锡膏体积呈上下跳动；脱膜越快，体积越多；间隙越大，体积越多。? (delta,下同)代表锡膏体积变化的更大值，从排秩来看，速度引起的变化更大，其次为印刷间隙，再次是脱膜速度，压力是影响最小的因素了。

3.2 锡膏体积信噪比分析

图6是S/N（Signal to noise ratio,信噪比，下同）响应表及主效应图。

信噪比响应表

图 6 信噪比主效应图

S/N代表数据集中在目标的值的密集程度，在锡膏印刷中则表示锡膏体积的稳定性，也就是与Cpk强相关的指标。信噪比越高，Cpk越高；信噪比越低，Cpk越越低。对应信噪比和Cpk是否存在函数的映射关系？可以进行另外专题研究。

从图6可以看出，印刷参数的水平对信噪比影响比较大，随着速度增加，S/N 先增加后降低；随着压力增加，S/N 先降低后增加；而脱膜速度和和印刷间隙也对S/N有微小的影响，相较于速度和压力的言属于次要因素。

? 代表锡膏体积S/N变化的更大值，从排秩来看，刮刀压力变化范围更大，其次刮刀速度，印刷间隙再之，最后是脱膜速度。这表明不同参数类别对锡膏体积稳定性的影响是不一样的，压力和速

度是影响比较剧烈的，间隙和脱膜是影响比较温和的。

3.3 位置—散度模型

锡膏印刷属于典型的望目型工程问题。我们希望更好的目标是100%，上下有点小波动就最完美了。使用位置—散度模型可以快速实现稳健参数的识别和设置。所以识别位置因子和散度因子对指

导参数调试有现实意义。位置因子是根据均值排秩决定的，它代表了锡膏体积数据中心值相对目标

值的位置。偏左代表锡膏体积小于目标；偏右代表锡膏体积大于目标，正中表示锡膏体积为100%（完美状态）。散度因子是根据S/N排秩决定的, 它代表了锡膏体积数据分布的分散性，S/N越高，对应的均方差越低，数据分布越集中，锡膏体积印刷过程变异越小；S/N越低，对应的均方差越大，数据分布越分散，锡膏体积印刷过程变异越大。

根据均值和S/N排秩，锡膏体积印刷的位置因子和散度因子如图7所示，

图 7 位置因子和散度因子

3.4 印刷参数设置的工程指导

确定了印刷参数的位置因子和散度因子,对 *** T的锡膏印刷工艺有巨大的指导意义。工程参数调

试主要分为望目型和非望目型（望大或者望小）。他们在参数调整是顺序是有差异的。

图 8 望目型和非望目型工程参数调整顺序示意图

从图8可以看出，望目型工程参数调整是先散度再位置.非望目型工程参数调整是先位置再散度。当希望我的结果是更大或者最小时，首先调整位置因子，让均值首先达到极值；然后调整散度因子，努力使结果S/N更大，变异最小，数据最集中，Cpk更大。而对于望目型工程参数调整是先散度再位置。首先调整散度因子，使过程变异最小，数据最集中，Cpk更大，然后调整位置因子，让均值达到目标，对于锡膏印刷来说，就是达到100%的体积转移比。

根据位置因子和散度因子，在印刷参数调试过程中，首先调整散度因子（印刷压力）。做到压力轻，钢网干净，在调整压力的时候，要将位置及散度因子（印刷速度）同步调整，速度慢，容易刮干净；速度快，容易锡膏残留。所以，速度慢下来，就就要将压力减下来。速度变快，压力就要升上去。通过压力和速度的联调，锡膏体积在SPI的SPC统计达到1.33后，通过调整位置因子（印刷间隙），使锡膏体积的体积转移比的均值达到100%左右。在实际工程中，不同元器件有不同的SPI体积规格，我们选取最严器件的规格作为生产实际管控规格，比如0.4/01005 pitch BGA 的体积要求是40%~200%，我们就将40%~200%作为这个产品过程管控规格。

四 总结及展望

通过印刷参数对锡膏印刷体积的影响的研究，找到了知道工程调试的 *** 论，通过正交实验设

计和数据分析，找到了刮刀压力是锡膏印刷的散度因子，印刷速度是位置及散度因子，印刷间隙是

位置因子。脱膜速度影响较小，作为微调参数。并且运用位置散度模型，知道锡膏调试的顺序及方

法，这对于高精度产品生产，快速换线，消除制程变异，提高工艺稳健性等有巨大的意义。