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SMT錫膏印刷技術

时间:2016-12-23 15:20:42来源:深圳市聚力得电子有限公司打印本文

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  提升技术和技巧来完成高质量印刷的重要性不能被过分夸大。下面列出并进行讨论的一些技术上的问题,是决定印刷工艺质量的主要因素:● 优化模板印刷工艺的策略 ● 焊膏印刷速度 ● 刮刀和封闭印刷头技术   ● 通孔器件印刷 ● 何时以及怎幺使用橡胶刮刀,以及正确硬度的选择 ● 有效地利用下止点和间隙式印刷   ● 针对高效印刷的适用的网板设计技巧 ● 详述检查系统和它们的工作方式 近距离观察印刷工艺 

  工艺优化 模板印刷工艺优化的一个方法是,当发生焊膏应用问题时及时地进行改正。假设在线检测不是被设计用来检查每一块板子上的每一个焊盘的情况下,必需有一些方法来决定怎样编排检查系统从而得以利用关键器件和区域作为数据模型来使用。这些检查模型将被移植到在任一特定生产中被加工的所有板上的所有器件上。 

   对于了解如何开发一个最佳的数据模型来说,必须明白怎样检查一个装配组件,来找到适合这些分类方式的器件类型。充分理解在检查软件中可采用的恍┕ぞ叩牧榛钚砸彩呛苤匾模庋攵匀魏味懒⒌乃客∷⒂τ茫删龆ㄔ跹宰钣行У姆绞嚼从τ谜庑┦菽P汀?/P> 

      焊膏印刷   在印刷速度、压力和焊膏类型之间存在着内在关系,而且必须保持这种关系才能获得可接受的印刷效果。有一些焊膏的印刷速度必须要快一些,而另一些必须要慢一些,才能得到较好的印刷效果。如果刮刀扫过模板时过轻,在网板上留下一层薄的焊膏或助焊剂,应该加大压力来刮干净网板的表面,但是压力增大的上限是必须保证焊膏的滚动要求,因为印刷过程中焊膏的滚动是一个获得良好印刷效果的标志之一。印刷速度太快会导致开孔的不完全填充,尤其是在焊盘迎向刮刀运动方向的一侧。过轻地扫过模板会导致极端的拉尖和覆盖不完整,这是因为焊膏没有完全地从开孔中被释放出来。 

     网板上的焊膏   有一个问题常常会被提到,那就是刮刀刮过后,网板上会残留下焊膏。通常有两种原因,首先,虽然你也许是用了正确的压力,但刮刀下止点或者刮刀压入网板的距离,还是太小。另一个焊膏残留在网板上的原因,有可能是在基板下面缺少适当的支撑顶针。伴随着不充分的支撑,基板会在刮刀的压力下产生下陷,这样就使得刀刃的角度不能够将网板上的焊膏刮干净。不充分的基板支撑使得基板下陷,还会导致刮刀施加到基板上的压力发生偏差。 

     通孔器件   焊膏印刷也可以被使用在通孔器件上。对于这种类型的板的装配,焊膏印刷已经成为一个可接受的工艺了。针对通孔组件的这种用焊膏来填充PCB过孔的工艺,通常被称为“intrusive soldering”或“pin-in-paste printing”。网板的开孔设计必需适当,以得到正确的焊膏量来填充过孔,从而保证有可靠的焊点。通常情况下,焊膏会有50%的收缩量,所以第一步要计算所需的焊膏量。需要计算填满整个通孔所需焊膏的体积再减去引脚体积的值。实际需要的焊膏体积应该是固化后所需焊料体积的两倍,开孔的大小可通过网板的厚度以及通孔焊盘周围可利用的面积来计算获得。焊膏可采用加大印刷面积的方式印刷,在回流焊时,焊锡会被拉回到可焊接的表面。
     橡胶刮刀   操作员因该知道有不同种类的橡胶刮刀硬度,并且还要知道什幺时候该使用它们。 对于丝网印刷和模板印刷可以有几种不同硬度的刮刀选择。通常情况下,当采用丝网印刷时,应该使用硬度在60-80 shore A的聚亚安酯刮刀。当使用较软的材料时,丝网的网孔应该要避免刮刀将胶层从基层上挖走。而硬度在90-110shore A的刮刀通常用在模板印刷上。但是,当在模板上使用聚亚安酯刮刀时,在大开孔上的抠挖现象会成为一个问题,因此,金属刮刀是模板印刷的首选。 

     对于只有细开孔或台阶式模板,使用聚亚安酯的刮刀会得到更一致的印刷效果并且也可减少模板的磨损。台阶式模板是指,模板某些区域平缓过渡或阶梯下降到一个比网板其它部分要薄的这种模板。这种类型的模板常常用于大多数都是大开孔而只有一两个细间距引脚器件的板子。 

     拖曳片式刮刀   在没有压力施加的情况下,拖曳片式金属刮刀的接触角度是60度,橡胶刮刀的接触角度是50度。使用MPM的平衡控制可编程印刷头(“Prohead”),接触角可以在正常值正负5度的范围内调整。施加在刮刀上的压力必需足够,以在模板的上表面提供一个干净的刮擦结果,但也不能太大,否则会对网板造成压痕并引起过早的失效。压痕是当过多的压力被施加在模板超过基板边缘时,在模板底部所造成的永久性的板边缘压痕的现象。下止点和间隙式印刷下止点这个术语常常用在模板印刷工艺中,并且操作员也应该熟悉这个词。 

   下止点是作为在印刷过程中,刮刀被编程向下运动,可以低过基板上表面的距离的多少。基板在印刷过程中会支撑模板,但是如果刀片移动超出了基板边缘和支撑轨道,那幺模板会受力弯曲,引起过早疲劳。恰当的设置下止点可以防止这种情况,因为它不会让刀刃有过多的向下移动距离而施加过多的力量在没有支撑的模板上。如果下止点值设得太低,无法适当的弯曲刀刃至最佳角度,那幺就得不到所期望的印刷压力。典型的下止点设置是从0.065 inch (1.6 mm) 到 0.075 inch (1.9 mm)。 

   在接触印刷,间隙式印刷和慢脱模印刷这三种印刷方式之间存在着截然不同的差别。 

   接触印刷是在印刷过程中模板整个和基板接触的情况下完成的。在焊膏被滚压进了模板开口孔后,基板和模板就在一个垂直方向上且以统一的速率分离。 

  间隙式印刷是在模板或丝网和基板之间在静止时有一设定间隙的情况下获得的。在印刷动作中,刮刀下压使模板变形,引起模板和基板接触,并且仅在刮刀给模板施加压力的那点上模板才和基板有接触。随着刮刀的向前移动,模板或网板会从基板上分离。当使用模板印刷时,如果基板密度高,使一致的脱模率不能重复获得或期望较快的印刷周期时,可以使用间隙式印刷,丝网印刷也采用间隙式印刷。 

   慢脱模印刷是指那些印刷后模板和基板缓慢分离的工艺。因为不同的焊膏有不同的脱模特性,这种可调节的设定被用来让焊膏在印刷后能沉积下来,并且更干净地从开孔中释放出来。 

 接触印刷   分离印刷   高密度模板印刷   间隙式印刷被用在高密度模板印刷或丝网印刷上。间隙值设定是指在待机状态下,刮刀未接触模板/丝网前,模板/丝网到被印刷基板表面的距离。这一工艺允许模板或丝网轧过基板并剥离,同时产生一致的锡膏脱模率。对于高密度印刷,如果使用接触式印刷,由于黏着力的影响,使得模板或丝网的分离在边缘和中心会有不同。 

      模板设计   有些情况下,当一位操作人员想把两个图形放在一个模板上,产生的问题是,图形间应该相隔多远呢?   通常的对于拖曳片式刮刀印刷来说,图形分开至少要达到3英寸,如果还允许一点点印刷距离过调,那幺这个距离就应该增大到4英寸(100mm)。对于尺寸是29英寸乘以29英寸的模板来说,那幺基板的最大宽度尺寸要限制在不大于6英寸(150mm)。当使用MPM公司的Rheometric挤压式密闭刮刀头来印刷时,图形间的间距就可以缩小到0.75英寸(19mm),并且板的总宽度将增加到8.9英寸(226mm)。 

  针对高效的印刷结果,所需最小钢片的尺寸是变化的。当使用拖曳片式刮刀时,最小钢片尺寸在Y方向应该是板子的大小加上7英寸(178mm)。当使用菱形刮刀时,钢片Y方向的最小尺寸应该是板子的大小加上1英寸(25mm)。在X方向,钢片最小尺寸应该比刮刀的长度多1英寸(25mm)。 

  推荐使用将板子的图形居中放置在模板上,以实现模板从基板上真正的垂直分离。如果图形不在模板中央,由于模板底部和基板间渗出的助焊剂的粘着力作用,在分离发生时会存在一些不均匀的剥离。 

   对于正确的模板和基板对位,定位基准点总是获得最佳对准结果的首选。如果传统的定位基准点不可获得,使用板上的焊盘以及模板的开孔作为基准点也可以提供可接受的结果。板上一个唯一的区域应该被使用,比如基板上QFP的最后一个焊盘配合模板上的对应位置可以用来对位。必须注意保持模板开孔的清洁,因为堵塞的开孔会引起对准错误。那是因为编程的时候干净的开孔的尺寸和形状将会不同于生产中堵塞的开孔。 例 1 (一个好的,利用QFP器件进行设定的例子) 如上所示,这样建立了一个唯一的图形,因为系统也会搜索在目标焊盘左边的空白部分,但是在相机视野内却没有另外的可和这个图形适合相配的目标。   例 2 (一个差的,利用DIP器件进行设置的例子) 这个设置的问题在于搜索区没有被创建在一个唯一的区域,因此存在系统会找到一个错误匹配目标的可能,这导致系统会对准到视野底部的那个焊盘而不是想要的上面的焊盘。 2D检查   一个常常被问到的问题是,为什幺需要使用2D验证?一个2D系统是被设计用来做工艺确认工具的。它们不是检查系统也不能被用来替代检查系统。简单地说, 2D检验帮助你开发你的工艺并且验证你的工艺在控制范围内。如果你的工艺从不改变,你可能不需要一个检查或者验证系统。但是,绝大多数印刷线路板会有具有挑战性的器件或应用,尤其是细间距引脚的器件,这些器件需要某些形式的验证。 

   2D系统就是设计用来帮助你验证锡膏的脱模率和覆盖率是否满足预先制定的基准。2D验证系统会帮助并提警示你任何和已制定工艺间发生的偏差,使你在发生额外的附加工艺费用(如清洗基板或返修)前做出必要的调整。 

   一个你应该认识到的有趣的统计结果是,90%或更多的印刷缺陷和趋势可以通过检验覆盖在目标焊盘上的焊膏量来进行鉴别。这种方法可鉴别焊盘上焊膏堆积量的缺少,这会导致不可接受的焊点。大多数有效的2D检查形式结合了灰度比较技术来判断覆盖在目标PCB焊盘上的焊膏的覆盖百分比。这一技术比较了印刷过的焊盘的未覆盖面积和一个保存的空焊盘的面积,这个面积在这个器件第一次编程时就决定了。有了这一数据,下面的计算可以被使用来确定焊膏覆盖的百分比:并行处理能力所有设备的功能特性都是被设计用来有效地完成工作的。可是在实际当中,这些所有的功能的执行,都是以串行的工作方式来进行的。换句话说,当设备在执行它的辅助功能时,设备并没有执行它的基本功能,更确切地说,基本功能就是在PCB板上印刷焊膏。当然,对于每天完成尽可能多的优质产品的目标而言,这些设备的辅助功能特性是需要的,尤其是针对复杂的板子或是在高产量的环境下。因为我们将实际的生产时间损失在需要但却是“辅助”的功能上,尽管设备的循环时间已经最快了,但我们仍旧不满意。 

   理想的,我们希望我们的工艺设备执行它们一些(如果不能做到全部)必要的辅助功能的同时(并行的)完成机器的基本功能,或同时执行一或多个辅助功能。 

   能够以并行方式运行必要辅助功能的设备将优化生产周期和产量。比如说,如果焊膏印刷设备能够在清洗网板的同时将下一个产品移动到位并且执行视觉对位功能,那幺我们就有两个辅助功能在同时执行,结果将会最优化生产周期和质量。 

   使用能提供并行处理能力的设备,可以在产出上得到许多优势。提供质量改进的辅助功能,比如擦拭网板和印后检查,可以被很快地执行,在同样的给定时间内却不会有印刷线路板产出量的减少。并行处理能力是一个“具佳”情形,生产高质量的板子但又不会有时间的损失。 

   当电子工业继续转向更小更复杂的器件(0201,01005,CGA,倒装芯片等等)以及向无铅材料进行转换时,为了要完成公司的财政目标,“开始就把事情做正确”的要求变得越来越关键。针对这些使用无铅材料的新器件来设计的新产品,返修能力将是一个重大的挑战。至少,返修无铅产品会花更多的时间和存在导致更多器件和板子损坏的可能性。因此,最好的成本效率解决方法是开始就把事情做正确。我们必须要持续评估设备以及设备的特点,这样才能将成功的可能性最大化。 

   最后,适合的设备和受过良好训练、有经验的员工可以有效地面对模/钢板和丝网印刷的挑战。以及焊膏在印刷过程中的浪费,减少产品转换及新产品设定过程中操作人员的干涉,都是达到高质量印刷结果的需求之一。当然,所有的印刷问题的仔细考虑有助于制造业者生产出高质量的印刷线路板和改进整个印刷线路板装配工艺  
 
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