作者：蒂莫西-奥尼尔、卡洛斯-塔福亚、安德烈斯-洛佐亚
钢网下擦拭化学在钢网印刷中的作用不可低估。了解它的作用对于在表面贴装技术（SMT）工艺中实现最佳印刷性能至关重要。然而，任何工程师都会证明，实验室测试往往与现场结果不相关。虽然实验室数据是在理想的条件下开发的，可以生成准确、可重复的结果，但生产环境会引入一些变量，而这些变量在实验室环境中很难再现。
在这项研究中，AIM 的应用实验室试图通过近似生产环境的多小时打印测试来弥补这一差距。重点是什么？为了量化钢网下擦拭溶剂对锡膏性能的影响，我们比较了常用的异丙醇（IPA）和新型钢网清洁剂。
异丙醇 (IPA) 对焊膏的潜在影响
异丙醇（IPA）因其成本效益高且容易获得而在行业中得到普遍使用。不过，虽然它是一种高效溶剂，但不建议将其用作加工过程中的钢网清洗剂。异丙醇不是焊膏的成分，这意味着它可能会改变焊膏，从而对其性能产生负面影响。
一个值得注意的变化是，暴露在 IPA 中的焊膏会变得粘稠，从而降低其转移效率。使用焊膏检测设备 (SPI) 可以检测到这种影响。但还有一些更微妙的变化会导致更难以捉摸的问题。例如，受影响的焊膏可能导致助焊剂在钢网底部堆积，从而降低印刷分辨率。而印刷分辨率差会导致焊接缺陷，包括桥接和形成焊珠/焊球。
实验详情
实验选择了一系列 0201 组件，因为它们最能体现典型装配中最具挑战性的方面。 表 1 显示了测试 0201 部件的钢网孔径尺寸。 图 1 显示了用于实验的测试车辆的一部分。
| 参考文献 | 长度（微米） | 宽度（微米） | 面积比 | 钢网厚度 | 每个电路板的组件 | 每板垫子 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0201 | 368 | 310 | 0.82 | 4 毫微米/100 微米 | 30 | 60 |
表 1.钢网孔径尺寸
测试流程和测量
该实验要求模拟生产环境，同时隔离擦拭溶剂对 SAC305 无清洁焊膏的影响。 图 2 是实验流程图，详细说明了测试的步骤，以及 表 2 总结了参考数据。
使用相同的测试工具，在 30 分钟内执行 80 个印刷循环，每印刷 5 块印刷电路板后进行一次钢网下的湿-风-干擦拭循环。30 分钟后，打印 5 块原始测试板，并收集 SPI 高度和体积测量值。测试持续了 8 小时（典型的生产班次），测试期间没有补充焊膏，以尽量减少钢网下溶剂在新焊膏中的稀释。
| 已测试的电路板 | 组件总数 | 护垫总数 | 每板垫子 | 总擦拭周期 | 总打印周期 |
|---|---|---|---|---|---|
| 80 | 2400 | 4800 | 60 | 272 | 1360 |
表 2.参考数据
焊膏检测 (SPI) 分析
焊膏检测 (SPI) 为了解焊膏在不同条件下的性能提供了宝贵的信息。通过比较不同溶剂下的 SPI 值，我们可以更清楚地了解它们各自对焊膏的影响。所测得的焊膏沉积量和高度是每个测试电路板的平均值。SPI 最小/最大限值通常设定为 100% ±50%。图 3 说明了如何读取 SPI 图表数据。
请注意，锡膏容量过多会导致焊珠和桥接等缺陷，而锡膏容量不足则会导致难以检测的非湿式开孔和空洞增加。高度也是一个重要的测量指标，因为锡膏高度的变化或 "狗耳 "会导致焊接性能不一致。
图 4-7 显示了 0201 元件样品上锡膏沉积的 SPI 结果。使用了推荐清洁剂的测试电路板的锡膏沉积物体积 (图 4)和高度(图 6)，而当使用 IPA 时，其值偶尔会超过体积的最大限值 (图 5)，并多次测量高度 (图 7).
工艺能力分析
深入研究工艺能力可以进一步了解溶剂对焊接工艺的影响。Cpk（制程能力指数）是一种统计测量方法，可帮助我们深入了解特定制程在规定范围内的产出情况。Cpk 值越高，表示工艺能力越强，预计缺陷越少。换句话说，它告诉我们一个制程在多大程度上接近其规格限制，以及数据在平均值附近的一致性如何。
而西格玛等级则是对流程性能或能力的衡量。西格玛标度是量化流程如何在规格限制内运行的指标。西格玛值越高，表示缺陷越少：
- 3 西格玛工艺意味着工艺无缺陷率为 93.319%，或每百万次机会有 66 807 个缺陷 (DPMO)。
- 5 西格玛工艺意味着该工艺的无缺陷率为 99.977%，或每百万次机会有 233 个缺陷 (DPMO)。
图 8 和图 9 结果表明，使用推荐的钢网清洁剂时，Cpk 值为 1.85，即 5 西格玛工艺，而使用 IPA 时，Cpk 值为 1.25，即 3 西格玛工艺。
值得注意的是，IPA 擦拭布有大量离群值，而推荐的钢网清洁剂则没有，如图所示。 图 10.这些图表代表了 4200 个数据点；因此，看似微不足道的数据实际上非常重要。
结论
持续流程改进（CPI）植根于改善和 ISO 制造原则的基础之上，强调生产流程中细微变化的重要性。其中一个简单的改变，如改变印刷机中的溶剂，就能为 SMT 印刷工艺带来可衡量的效益。除了对锡膏性能的直接影响外，其他优势还包括减少锡膏消耗和延长擦拭间隔，从而降低擦拭介质消耗。
致谢
特别感谢 AIM Soldadura de Mexico 应用实验室经理 Andres Lozoya 在实验设计和执行方面提供的意见，以及 AIM 技术支持总监 Carlos Tafoya 提供的指导和专业知识。
