怎样选择最适合SMT和高级IC封装的网印网板,IC封装的网印网板-SMT 技术文章

在给一个新的程序制作一个新的网板时，操作者选择钢网的过程可能存在一些困惑。本文将要介绍的内容包括SMT及高级IC封装程式的钢网，给选择网板的同仁和网印优化者提供参考。

本文讨论三种常用的钢网生产技术，细释每种类型的优势及开口形状和尺寸对焊膏的释放性能，同时将回顾刮刀材料的选择和一些影响焊膏印刷工艺的参数。

虽然一般的原理都适用于细间距的PWB和超细间距晶片的印刷，但是细微的差别可能意味着对于一个努力去实现的期望产出率与一个成功结果之间的迥异。

网板生产一般有三种基本的方法。虽然三种方法对于大多数的SMT或焊膏印刷程序有良好的工作效果，但是对于超细间距的晶片还是具有一点挑战的，另外，在网板的选择和设计过程中成本也是一个起作用的因素。

.统观网板的制作方法包括化学蚀刻，激光切割和电铸等几种方法。化学的方法腐蚀网板是通过逐渐减薄来制作的，就像处理照片成像一样，把不锈钢钢板通过一个FeCl的池子从网板的两面同时蚀刻没有保护的不锈钢材料。这种方法得到的是一种沙漏型的开口，在细间距的应用中，可能导致的问题是焊膏释放的困难，即使在孔壁很光滑的情况下。

激光开孔是通过激光来切穿材料。同时，激光制作的开孔是梯形的孔壁（当然梯度可根据要求来改变）。这种网板通常制作成本比化学蚀刻网板要贵（基于同样的开孔数量）。开孔内壁可以使用电解抛光法来得到一个光滑的表面。注意，假如你制作一块有200000个孔的网板（对一个wafer印刷程序），可以预知网板成本的增加，因为很多网板制作商都通过开孔数量来要价的。这种开孔方法的焊膏释放性能对于SMT程序和晶片程序印刷都非常好的。

电铸网板对于超细间距的smt印刷和晶片印刷是最适合的。在所期望的模板图像的光刻胶的周围采用电镀 Ni的处理工艺。

当达到所希望的模板厚度后就可以把光刻胶取走了，可以达到的最大厚度25um。一块运用于典型的晶片程序中的电铸网板要比相同开孔数量的激光网板成本高5~10倍。

评价一个开孔印刷好坏的方法就是通过它的宽厚比，这种方法已经被广泛认同。这个比例是指开孔宽度与网板厚度之间的比例。然而这个比例对于确定BGA和CSP的开孔对释放焊膏好坏还不是精确的方法。在这种情形下，开孔有相同的长宽（通常是圆形的开孔）当开孔类型确定下来后，面积比也应该被确定下来了。可使用接触面积，开口面积和孔的表面积（孔内壁面积）之间的比例的方法来确定一个开孔。假设一个圆形的开孔，

使用时应当尽量保持最小面积比值为0.66。另一个需要考虑的因素就是当印刷SMT器件时焊料的颗粒度。对于所有的开孔，在最小的开孔处应该可容纳4—5个焊料颗粒（见图4）

3号焊料（-325/+500 mesh）是一种典型的运用于大多数细间距SMT程序中的焊料。这种焊料应该能充分地填充0.508mm 间距的标准器件（0.254 x 1.651mm孔）。这种焊料中，最大尺寸的焊料颗粒直径是0.04318mm，因此最小的可控宽度应该是0.2159mm。然而，印刷一个这种尺寸的圆形或正方形的孔要求网板厚度达到0.0762mm（见表）。同时，这只有两个焊料颗粒的高度。因此，对wafer bumping application要获得一个最好的最多的焊料填充量，颗粒需要更紧密地堆积，这就需要一个更小尺寸的筛网（5号和6号）。使用者还要尽量保持5—6个焊料颗粒的高度堆积。

Recommendations for Fine-Pitch Technology

推荐用于对细间距工艺

Lead Pitch

Mesh

Particle Size

> .635mm

Type 3

-325/+400

.635mm

Type 3

-325/+400 to 500

.508mm

Type 3

-325/+500

.4064mm

Type 4,3

-400/+500

.3048mm

Type 4

-400/+525

< .012mm

Type 5

-500/+635

当为晶片印刷制作网板时，正方形的开孔要比圆形的开孔释放更好的焊膏量（释放大约为80~85%）。同样，有一个好处就是有足够的颗粒来最大化焊膏量和最大化孔与孔之间的间距。对SMT工艺，底部印刷是比较典型的（制作的网板开孔比相应的焊盘稍微缩小），底部印刷有助于密封性和减少桥连。然而，当我们印刷焊膏到晶片上时，就要求完全覆盖整个焊盘。在回流期间，焊料体积缩小大约50%，因此，完全覆盖焊盘的印刷并不是导致桥连的主要因素。

图5 显示5号焊膏回流前的典型形状，图6是在220摄氏度回流后的形状。一个125mm的晶片包含有344个5.08 x 5.08mm的方形模孔。每一个孔有总共317个突起，包含在0.254mm间距的完整排列的形状里，焊盘（UBM）经过SiNi3钝化处理的镀铝的无电镀Ni/Au的处理，焊盘尺寸直径为4 mils。

在一个标准的PWB焊膏印刷程序中，通常使用金属刮刀。试验显示当印刷一个标准的，间距低于0.3048mm和开孔尺寸小于0.2032mm的细间距的元件时，金属刮刀是不错的选择。

而，当印刷晶片时，间距低于150µm和开孔尺寸小于80µm的元件，一般可使用硬度为90的带后橼的橡胶刮刀。

然而即便使用了高精细的筛网，还是存在在使用金属刮刀时损毁钢网的潜在威胁。当使用塑料刮刀时也没有一种有效的方法来防止刮刀从开孔内刮出锡膏。当经过优化后这种类型的刮刀在运用过程中也能满足于最佳的结果。

在超细间距的运用中，每个循环经常必须牺牲几秒钟的时间来保证孔隙的完全填充。印刷速度取决于：锡膏的触变性，剪切特性和锡膏的粘性。对于印制晶片，刮刀的速度可以从10.16mm/s到 25.4mm/s，而相反地在smt运用中一般印刷速度可以从12.7mm/s 到快至203.2mm/s。刮刀的压力和速度一般取决于刀面与板面的接触状态和焊膏的类型对于元件管脚间距大于等于.508mm和最小开孔尺寸.3048mm的smt印刷程序可以选用高速焊膏。印刷压力调整到可以刮干净钢网上的锡膏但又不把孔内的焊膏带出来为最好。

印刷压力太大可能导致焊膏在钢网下面被挤出而导致桥连。压力不足则可能导致焊膏的量比预期的要多。对于晶片印刷典型的刮刀压力设置为8.896444-11.120555N/ linear 63.5mm，而对于smt元件可设置刮刀压力4.448222-6.672333N/linear 63.5mm。晶片印刷压力加大的原因有一部分是因为需要“触点断开印刷”或者“脱膜”印刷当使用脱膜印刷（根据被印刷目标表面和静止的钢网底面之间的距离定义）时，印刷压力和速度将决定板子与钢网的分离方法。

在smt，csp和细间距程序中板子和钢网分离的速度尤为重要。分离速度应该允许焊膏从孔壁完全释放，没有太多残留于孔内或者破坏损坏焊膏的沉积。

当对SMT元件调整印刷参数时，必须调整板子的分离速度和并且要与焊膏的触变性相匹配。在SMT和CSP工艺中这是一种典型的方法。然而，当印刷晶片时，“接触印刷”很难做到，因为分离时太快并损坏了焊膏堆积形状。而焊膏与基板之间不同的黏着特性是大多数困难产生的原因。

.脱膜印刷通常能解决一些问题。脱膜印刷利用了基板表面与钢网底面之间的距离，这个与最佳印刷速度和刮刀压力相关的间隙，在整个刮刀运行过程中将允许刮刀在力的作用下下压钢网到基板表面。当刮刀刮过钢网，焊膏通过开孔沉积，同时钢网在自身的张力的作用下以与刮刀相同的速率与基板脱离，形成一致的沉积。脱膜距离大约2.54mm，对于大多数程序1.778mm的脱膜距离是一个典型值

.大多数自动钢网印刷机都是用一个完全的可编程钢网清洁功能，并且为了更好地清洁钢网底面，通常使用真空和溶剂。要获得期望的焊膏量，就要求调整擦拭频率和速度，真空速度和溶剂来与相应的程序匹配。每次印刷之后擦拭一遍是比较少见的。

由于篇幅的限制，本文仅仅涉足到SMT钢网和wafer bumping应用中许多复杂棘手的表面问题。钢网基本的生产技术是：化学腐蚀，激光切割和电铸。SMT焊膏印刷，现在已经是一种成熟的工艺，相比较wafer bumping钢网的准备工作困难要小很多。

Mr. Johnson 是Cookson Electronics Equipment公司的一位资深的工艺过程开发工程师。在装配，减少缺陷，材料和工艺优化方面有超过25年的经验。他获得东北大学的工业技术方面的学士学位。 Boston.[ajohnson@cooksonelectronics.com]