錫膏印刷技術
在表面貼裝裝配的回流焊接中，錫膏用于表面貼裝元件的引腳或端子與焊盤之間的連接。有許多變量，如錫膏、絲印機、錫膏應用方法和印刷工藝過程。在印刷錫膏的過程中，基板放在工作臺上，機械地或真空夾緊定位，用定位銷或視覺來對準。或者絲網(screen)或者模板(stencil)用于錫膏印刷。本文將著重討論幾個關鍵的錫膏印刷問題，如模板設計和印刷工藝過程。
印刷工藝過程與設備
在錫膏印刷過程中，印刷機是達到所希望的印刷品質的關鍵。今天可購買到的絲印機分為兩種主要類型：實驗室與生產。每個類型有進一步的分類，因為每個公司希望從實驗室與生產類型的印刷機得到不同的性能水平。例如，一個公司的研究與開發部門(R&D)使用實驗室類型制作產品原型，而生產則會用另一種類型。還有，生產要求可能變化很大，取決于產量。因為激光切割設備是不可能分類的，*好是選擇與所希望的應用相適應的絲印機。
在手工或半自動印刷機中，錫膏是手工地放在模板/絲網上，這時印刷刮板(squeegee)處于模板的另一端。在自動印刷機中，錫膏是自動分配的。在印刷過程中，印刷刮板向下壓在模板上，使模板底面接觸到電路板頂面。當刮板走過所腐蝕的整個圖形區域長度時，錫膏通過模板/絲網上的開孔印刷到焊盤上。
在錫膏已經沉積之后，絲網在刮板之后馬上脫開(snapoff)，回到原地。這個間隔或脫開距離是設備設計所定的，大約0.020"~0.040"。脫開距離與刮板壓力是兩個達到良好印刷品質的與設備有關的重要變量。
如果沒有脫開，這個過程叫接觸(on-contact)印刷。當使用全金屬模板和刮刀時，使用接觸印刷。非接觸(off-contact)印刷用于柔性的金屬絲網。
刮板(squeegee)類型
刮板的磨損、壓力和硬度決定印刷質量，應該仔細監測。對可接受的印刷品質，刮板邊緣應該鋒利和直線。刮板壓力低造成遺漏和粗糙的邊緣，而刮板壓力高或很軟的刮板將引起斑點狀的(smeared)印刷，甚至可能損壞刮板和模板或絲網。過高的壓力也傾向于從寬的開孔中挖出錫膏，引起焊錫圓角不夠。
常見有兩種刮板類型：橡膠或聚氨酯(polyurethane)刮板和金屬刮板。當使用橡膠刮板時，使用70-90橡膠硬度計(durometer)硬度的刮板。當使用過高的壓力時，滲入到模板底部的錫膏可能造成錫橋，要求頻繁的底部抹擦。為了防止底部滲透，焊盤開口在印刷時必須提供密封(gasketing)作用。這取決于模板開孔壁的粗糙度。
金屬刮刀也是常用的。隨著更密間距元件的使用，金屬刮刀的用量在增加。它們由不銹鋼或黃銅制成，具有平的刀片形狀，使用的印刷角度為30~45°。一些刮刀涂有潤滑材料。因為使用較低的壓力，它們不會從開孔中挖出錫膏，還因為是金屬的，它們不象橡膠刮板那樣容易磨損，因此不需要鋒利。它們比橡膠刮板成本貴得多，并可能引起模板磨損。
使用不同的刮板類型在使用標準元件和密腳元件的印刷電路裝配(PCA)中是有區分的。錫膏量的要求對每一種元件有很大的不同。密間距元件要求比標準表面貼裝元件少得多的焊錫量。焊盤面積和厚度控制錫膏量。
一些工程師使用雙厚度的模板來對密腳元件和標準表面貼裝焊盤施用適當的錫膏數量。其它工程師采用一種不同的方法 -他們使用不需要經常鋒利的更經濟的金屬刮刀。用金屬刮刀更容易防止錫膏沉積量的變化，但這種方法要求改良的模板開孔設計來防止在密間距焊盤上過多的錫膏沉積。這個方法在工業上變得更受歡迎，但是，使用雙厚度印刷的橡膠刮板也還沒有消失。
模板(stencil)類型
重要的印刷品質變量包括模板孔壁的精度和光潔度。保存模板寬度與厚度的適當的縱橫比(aspectratio)是重要的。推薦的縱橫比為1.5。這對防止模板阻塞是重要。一般，如果縱橫比小于1.5，錫膏會保留在開孔內。除了縱橫比之外，如IPC-7525《模板設計指南》所推薦的，還要有大于0.66的面積比(焊盤面積除以孔壁面積)。IPC-7525可作為模板設計的一個良好開端。
制作開孔的工藝過程控制開孔壁的光潔度和精度。有三種常見的制作模板的工藝：化學腐蝕、激光切割和加成(additive)工藝。
化學腐蝕(chemically etched)模板
金屬模板和柔性金屬模板是使用兩個陽性圖形通過從兩面的化學研磨來蝕刻的。在這個過程中，蝕刻不僅在所希望的垂直方向進行，而且在橫向也有。這叫做底切(undercutting)- 開孔比希望的較大，造成額外的焊錫沉積。因為50/50從兩面進行蝕刻，其結果是幾乎直線的孔壁，在中間有微微沙漏形的收窄。
因為電蝕刻模板孔壁可能不平滑，電拋光，一個微蝕刻工藝，是達到平滑孔壁的一個方法。另一個達到較平滑孔壁的方法是鍍鎳層(nickelplating)。拋光或平滑的表面對錫膏的釋放是好的，但可能引起錫膏越過模板表面而不在刮板前滾動。這個問題可通過選擇性地拋光孔壁而不是整個模板表面來避免。鍍鎳進一步改善平滑度和印刷性能。可是，它減小了開孔，要求圖形調整
激光切割(laser-cut)模板
激光切割是另一種減去(subtractive)工藝，但它沒有底切問題。模板直接從Gerber數據制作，因此開孔精度得到改善。數據可按需要調整以改變尺寸。更好的過程控制也會改善開孔精度。激光切割模板的另一個優點是孔壁可成錐形。化學蝕刻的模板也可以成錐形，如果只從一面腐蝕，但是開孔尺寸可能太大。板面的開口稍微比刮板面的大一點的錐形開孔(0.001"~0.002"，產生大約2°的角度)，對錫膏釋放更容易。
激光切割可以制作出小至0.004"的開孔寬度，精度達到0.0005"，因此很適合于超密間距(ultra-fine-pitch)的元件印刷。激光切割的模板也會產生粗糙的邊緣，因為在切割期間汽化的金屬變成金屬渣。這可能引起錫膏阻塞。更平滑的孔壁可通過微蝕刻來產生。激光切割的模板如果沒有預先對需要較薄的區域進行化學腐蝕，就不能制成臺階式多級模板。激光一個一個地切割每一個開孔，因此模板成本是要切割的開孔數量而定。
電鑄成型(electroformed)模板
制作模板的第三種工藝是一種加成工藝，*普遍地叫做電鑄成型。在這個工藝中，鎳沉積在銅質的陰極心上以形成開孔。一種光敏干膠片疊層在銅箔上(大約0.25"厚度)。膠片用紫外光通過有模板圖案的遮光膜進行聚合。經過顯影后，在銅質心上產生陰極圖案，只有模板開孔保持用光刻膠(photoresist)覆蓋。然后在光刻膠的周圍通過鍍鎳形成了模板。在達到所希望的模板厚度后，把光刻膠從開孔除掉。電鑄成型的鎳箔通過彎曲從銅心上分開- 一個關鍵的工藝步驟。現在箔片準備好裝框，制作模板的其它步驟。
電鑄成型臺階式模板可以做得到，但成本增加。由于可達到精密的公差，電鑄成型的模板提供良好的密封作用，減少了模板底面的錫膏滲漏。這意味著模板底面擦拭的頻率顯著地降低，減少潛在的錫橋。
結論
化學腐蝕和激光切割是制作模板的減去工藝。化學蝕刻工藝是*老的、使用*廣的。激光切割相對較新，而電鑄成型模板是*新時興的東西。
為了達到良好的印刷結果，必須有正確的錫膏材料(黏度、金屬含量、*大粉末尺寸和盡可能*低的助焊劑活性)、正確的工具(印刷機、模板和刮刀)和正確的工藝過程(良好的定位、清潔拭擦)的結合。
本文節自瑞.普拉薩德的教科書《表面貼裝技術：原理與實踐》的第九章
