轉移效率和回流曲線對印刷錫膏的影響

隨著小型化和使用要求變高，芯片的焊盤數(shù)量也變得越來越多。為了滿足多焊點封裝，廠家更多采用印刷工藝。錫膏印刷工藝是高效的，短時間內可完成大面積焊盤印刷，可用于大規(guī)模芯片封裝。錫膏被放置在剛網(wǎng)上，使用刮刀將錫膏填充入鋼網(wǎng)開孔從而轉移并沉積在焊盤上。焊點在印刷完成后需要經(jīng)過回流焊接工藝將錫膏熔融并固化成為焊點。

轉移效率影響

轉移效率和鋼網(wǎng)開孔和刮刀速度有關。由于剪切力的作用，刮刀速度會影響錫膏粘度從而影響通過網(wǎng)孔的效率。此外，開孔的大小會影響錫膏通過的量。開孔大小和轉移效率的關系如圖1所示。錫膏的這種顯著印刷行為可能是由于表面張力，焊料成分顆粒的內聚力，以及焊料和模板孔壁之間存在的粘合力引起的 (Amula et al., 2011)。

圖1. 印刷錫膏轉移效率和開孔大小關系 (Amula et al., 2011)。

回流曲線影響

在回流焊接過程中，使用回流爐將組裝好的PCB以適當?shù)募訜崴俾试谥付ǖ臅r間段內加熱到預設的溫度。此過程需要使用熱曲線時間-溫度圖來調整溫度變化參數(shù)。回流主要包括預熱區(qū)，均熱區(qū)，回流區(qū)和冷卻區(qū)?；亓鞯臏囟仁怯绊懞更c微結構和可靠性的重要因素。焊接過程需要峰值回流溫度高于焊料的熔點和足夠長的回流時間，以最大限度地使錫膏潤濕焊盤，并允許在焊料中完成化學和冶金反應。例如SAC305錫膏的熔點是217℃，峰值回流溫度需要高于熔點才能使之融化潤濕焊盤。較快的冷卻速度可以降低晶粒和金屬間化合物生長。一般冷卻速率要控制在4℃/s。

對錫鉍錫膏而言，短的液相線以上溫度時間(TAL)和低峰值溫度可以最大限度地減少形成焊料和PCB之間的 IMC 層，但這可能會導致焊接不良。相反，長的TAL和高峰值溫度有利于界面反應，但過量的Bi偏析會使焊點變脆。表1證實了更高峰值溫度和更長TAL有利于錫膏的潤濕覆蓋。但過高溫度反而削弱了潤濕能力。更長的TAL可以有更多時間使氧化物和有機物揮發(fā)，從而有利于潤濕。

表1.不同回流曲線對錫鉍錫膏的影響。

總而言之，轉移效率影響著印刷速率并影響錫膏量。而回流曲線會對焊料潤濕能力和焊點質量帶來影響。

深圳市福英達對高可靠性無鉛錫膏生產(chǎn)有著相當成熟的經(jīng)驗和技術。福英達無鉛錫膏囊括低溫系列和中高溫系列。Sn42Bi58共晶錫膏和SnBiAg系列無鉛錫膏能用于低溫焊接環(huán)境，減少熱應力帶來的焊盤翹曲等問題。SnAg3Cu0.5系列中溫錫膏熔點217℃左右，焊點推拉力和導電性優(yōu)秀。對于高溫環(huán)境如功率器件等設備封裝，福英達共晶金錫錫膏能發(fā)揮出其高熔點(280℃)的特點。

參考文獻
Amula, E.H., Lau, M.K., Ekere, N.N., Bhatti, R.S., Mallik, S., Otiaba, K.C., & Takyi, G. (2011), "A study of SnAgCu solder paste transfer efficiency and effects of optimal reflow profile on solder deposits", Microelectronic Engineering, vol.88(7), pp.1610-1617.

Dusek, K., Busek, D., Vesely, P., Prazanova, A., Placek, M., & Del Re, J. (2022), “Understanding the Effect of Reflow Profile on the Metallurgical Properties of Tin–Bismuth Solders”.