转移效率和回流曲线对印刷锡膏的影响
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转移效率和回流曲线对印刷锡膏的影响
随着小型化和使用要求变高，芯片的焊盘数量也变得越来越多。为了满足多焊点封装，厂家更多采用印刷工艺。锡膏印刷工艺是高效的，短时间内可完成大面积焊盘印刷，可用于大规模芯片封装。锡膏被放置在刚网上，使用刮刀将锡膏填充入钢网开孔从而转移并沉积在焊盘上。焊点在印刷完成后需要经过回流焊接工艺将锡膏熔融并固化成为焊点。
转移效率影响
转移效率和钢网开孔和刮刀速度有关。由于剪切力的作用，刮刀速度会影响锡膏粘度从而影响通过网孔的效率。此外，开孔的大小会影响锡膏通过的量。开孔大小和转移效率的关系如图1所示。锡膏的这种显着印刷行为可能是由于表面张力，焊料成分颗粒的内聚力，以及焊料和模板孔壁之间存在的粘合力引起的 (Amula et al., 2011)。
图1. 印刷锡膏转移效率和开孔大小关系 (Amula et al., 2011)。
回流曲线影响
在回流焊接过程中，使用回流炉将组装好的PCB以适当的加热速率在指定的时间段内加热到预设的温度。此过程需要使用热曲线时间-温度图来调整温度变化参数。回流主要包括预热区，均热区，回流区和冷却区。回流的温度是影响焊点微结构和可靠性的重要因素。焊接过程需要峰值回流温度高于焊料的熔点和足够长的回流时间，以最大限度地使锡膏润湿焊盘，并允许在焊料中完成化学和冶金反应。例如SAC305锡膏的熔点是217℃，峰值回流温度需要高于熔点才能使之融化润湿焊盘。较快的冷却速度可以降低晶粒和金属间化合物生长。一般冷却速率要控制在4℃/s。
对锡铋锡膏而言，短的液相线以上温度时间(TAL)和低峰值温度可以最大限度地减少形成焊料和PCB之间的 IMC 层，但这可能会导致焊接不良。相反，长的TAL和高峰值温度有利于界面反应，但过量的Bi偏析会使焊点变脆。表1证实了更高峰值温度和更长TAL有利于锡膏的润湿覆盖。但过高温度反而削弱了润湿能力。更长的TAL可以有更多时间使氧化物和有机物挥发，从而有利于润湿。
表1.不同回流曲线对锡铋锡膏的影响。
总而言之，转移效率影响着印刷速率并影响锡膏量。而回流曲线会对焊料润湿能力和焊点质量带来影响。
深圳市福英达对高可靠性无铅锡膏生产有着相当成熟的经验和技术。福英达无铅锡膏囊括低温系列和中高温系列。Sn42Bi58共晶锡膏和SnBiAg系列无铅锡膏能用于低温焊接环境，减少热应力带来的焊盘翘曲等问题。SnAg3Cu0.5系列中温锡膏熔点217℃左右，焊点推拉力和导电性优秀。对于高温环境如功率器件等设备封装，福英达共晶金锡锡膏能发挥出其高熔点(280℃)的特点。
参考文献
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”.
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