使用奈米塗層鋼板減少焊錫橋接與清潔成本
1 分鐘
- 傳統焊膏鋼板的問題：
- 奈米層的形成與作用：
- 奈米塗層鋼板的優勢：
- 奈米塗層鋼板的量測與測試：
- 結論：
電子裝置持續微型化的趨勢，確保了表面貼裝製程將不斷帶來新的挑戰。元件與鋼板開孔越來越小、間距越來越緊。對焊膏印刷製程的要求，促使技術必須不斷改進。奈米塗層應用於鋼板已有多年的歷史。
塗層通常以兩種形式提供。最常見的是多步驟液態塗層，透過擦拭方式塗佈在鋼板上，並在常溫下乾燥。這類塗層可由鋼板製造商或使用者自行施作。另一種較少見的形式，則由鋼板製造商以噴塗方式完成。奈米塗層供應商對其產品提出多項聲明，請參考訂購奈米塗層鋼板的流程。 常見聲明如下：
- 減少底部清潔需求
- 降低橋接缺陷
- 改善焊膏脫模
- 提升良率
塗層流程包含鋼板清潔、噴塗塗層，再進行固化。厚度僅 1–100 奈米的奈米塗層，是極薄的層次或化學結構，可透過多種方法附著於各種基材，並與無孔表面形成化學鍵結。作為對照，汽車產業常用的油漆厚度約為 125 微米，即 125,000 奈米。本文將探討這些塗層如何顯著降低橋接與清潔成本。
傳統焊膏鋼板的問題：
1) 焊橋問題
橋接發生於過多焊膏連接相鄰焊墊，造成短路。以下情況特別常見：
- 細間距元件（如 QFN、BGA）
- 表面積比低（SAR < 0.66）的鋼板
- 焊膏黏附於鋼板底部
- 脫模不一致
- 鋼板與 PCB 間密封不良
2) 底部清潔：成本與時間的負擔
- 標準做法：每印一次即清潔
- 成本：擦拭布約 $0.12/次，溶劑約 $0.08/次
- 總計：每片板子約 $0.20
- 時間：清潔中斷印刷，降低產能
奈米層的形成與作用：
專有的磷酸盐自組裝單層（SAMP）可處理表面，賦予其抗助焊劑特性。SAMP 單層由磷酸與具排斥性的碳基分子組成：
- 磷酸與鋼板表面及孔壁反應，形成共價鍵結
- 連接磷酸的碳基團即為功能性單層
- 單層厚度小於 5 奈米
奈米塗層鋼板的優勢：
- 降低缺陷（橋接、不足、焊球）
- 減少助焊劑（焊膏）黏附於孔壁與底部
- 提升 USC 清潔鋼板的能力
- 提高效率
- 減少清潔頻率
- 騰出時間進行更多生產或 SPI
- 降低成本
奈米塗層鋼板的量測與測試：
接觸角量測：用來評估表面的疏水性或疏油性。奈米塗層必須同時具備疏水與疏油能力。焊膏助焊劑的極性更接近油而非水，因此塗層需提供「抗助焊劑性」。接觸角可作為衡量此能力的指標。
鋼板底部清潔是焊膏印刷的標準步驟，通常每隔一定印刷次數即進行一次。清潔頻率取決於焊膏、印刷參數、鋼板、電路板與技術。本實驗在連續印刷 20 次後，以目視評估鋼板底部。
焊橋：隨著元件縮小、間距變緊，焊橋問題日益常見。原因之一是焊膏黏附於鋼板底部，並在下一張板子印刷時被帶過去，造成橋接。測試板包含可偵測橋接的圖形，並於 20 次印刷中評估焊膏磚形。
轉移效率：焊膏釋放是印刷成功的關鍵。本評估透過量測焊膏體積並計算轉移效率來評估釋放能力。轉移效率定義如下：
TE (%) = (印刷焊膏體積) ÷ (鋼板開孔體積) × 100%
舉例：在 0.5 mm BGA（SAR=0.575）與 0.4 mm BGA（SAR=0.500）上量測轉移效率。
結論：
奈米塗層鋼板帶來雙重效益：減少焊橋並降低清潔成本。各類塗層的實驗報告與投資報酬率將於奈米塗層鋼板頁面呈現。目前可確定，使用奈米塗層能長時間維持乾淨印刷並減少材料浪費。對於追求品質與成本效益的製造商而言，改用奈米塗層鋼板是極具成效的策略。
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