如何將錫膏印刷于電路板(solder paste printing)與影響錫膏印刷質(zhì)量的因素
- 發(fā)表時(shí)間:2021-11-08 10:11:03
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將錫膏(solder paste)印刷于電路板再經(jīng)過(guò)回焊爐(reflow oven)將電子零件焊接于電路板上,是現(xiàn)今電子組裝制造業(yè)最普遍的制程工法。
錫膏的印刷其實(shí)有點(diǎn)像是在墻壁上油漆一般,所不同的,為了要更精確的將錫膏重復(fù)涂抹于電路板的一定位置與控制其錫膏量多寡,所以必須要使用一片所謂的「鋼板(stencil)」來(lái)控制錫膏的印刷量與位置。
錫膏一旦印刷位置偏移太多就無(wú)法起到零件焊接的目的,還可能會(huì)出現(xiàn)一些意想不到的質(zhì)量問(wèn)題,比如說(shuō)錫膏量印多了可能造成焊錫短路(short)、印少了則可能造成空焊(non-wetting)等缺失。
▼錫膏印刷前。電路板上只有鍍金層。▼錫膏印刷后,這里的錫膏被設(shè)計(jì)成「田」字體,來(lái)避免錫膏融錫后太過(guò)于集中于中心。
「錫膏」的成份主要由助焊劑(flux)與錫粉(powder)兩大部分完全混合后所組成,它的名字之所以有個(gè)「膏」字,是因?yàn)樗男蛻B(tài)就跟我們每天拿來(lái)刷牙的牙膏類似,都是稍帶黏稠的膏狀,可以用來(lái)印刷并黏附于電路板上,于室溫下也不至于有太大的形變,「膏」?fàn)钸€可以用來(lái)黏住那些放置于電路板表面的電子零件,讓這些零件既使在SMT在線流動(dòng)/傳送時(shí)有些微的振動(dòng)下也不至于位移或掉落,而其最大的作用當(dāng)然是在流經(jīng)高溫回焊爐(reflow oven)后熔融成為液體,并再重新凝固時(shí)將電子零件焊接并固定于電路板的特定位置上,達(dá)到電子信號(hào)連通的目的。
錫膏印刷制程(Solder paste printing process)
想了解更多關(guān)于錫膏的知識(shí)可以參考【介紹并認(rèn)識(shí)【錫膏(solder paste)】的基本知識(shí)(含助焊劑)】一文。
錫膏印刷作業(yè)有三種類型:
錫膏印刷有分成全自動(dòng)、半自動(dòng)、手動(dòng)三種類型。
全自動(dòng)錫膏印刷機(jī)(Automatic solder paste screen printer)
一般大量生產(chǎn)的SMT線一定是全自動(dòng)印錫膏產(chǎn)線,只要設(shè)定好錫膏印刷機(jī)的相關(guān)參數(shù)后,機(jī)器就可以自動(dòng)進(jìn)板(loading)、鋼板自動(dòng)對(duì)位、印刷錫膏(screen printing)、出板(unloading),經(jīng)過(guò)輸送帶自動(dòng)傳送到下一個(gè)置件(pick & placement)的工站。
半自動(dòng)錫膏印刷機(jī)(Semi-auto solder paste screen printer)
錫膏半自動(dòng)印刷制程則大多出現(xiàn)在產(chǎn)品試產(chǎn)階段,或是少量多樣的產(chǎn)品線,它通常是離線作業(yè)不占用整條SMT自動(dòng)生產(chǎn)的資源,其進(jìn)、退板及鋼板對(duì)位也通常是手動(dòng)操作,只有錫膏印刷自動(dòng)操作,操作這類設(shè)備必須要是老師傅,否則容易產(chǎn)出不良板,選擇這類制程通常是不想占據(jù)一整條SMT的自動(dòng)生產(chǎn)線,而且半自動(dòng)錫膏印刷機(jī)也相對(duì)便宜。
手動(dòng)印刷機(jī)(Manual solder paste screen printer)
這個(gè)通常出現(xiàn)在低價(jià)產(chǎn)品與勞力成本地的地區(qū),或是一些業(yè)余的Maker身上,其作業(yè)方式相對(duì)簡(jiǎn)單與原始,全部手動(dòng)操作,只需要鋼板、刮刀與錫膏就可以完成作業(yè),對(duì)于電路板上有細(xì)小零件腳間距者非常不建議采用此制程,除非你的操作技術(shù)真的非常好。
影響錫膏印刷質(zhì)量的因素與注意事項(xiàng):
錫膏印刷是電路板焊錫好壞的基礎(chǔ),其中錫膏的位置與錫量更是關(guān)鍵,經(jīng)常見到錫膏印刷得不好,造成焊錫的短路(solder short)與空焊(solder empty)等問(wèn)題出現(xiàn)。不過(guò)真的要把錫膏印刷好,還得考慮下列的因素:
刮刀種類(Squeegee):錫膏印刷應(yīng)該根據(jù)不同的錫膏或是紅膠的特性來(lái)選擇適當(dāng)?shù)墓蔚?,目前運(yùn)用于錫膏印刷的刮刀都是使用不銹鋼制成。
刮刀角度:刮刀刮錫膏的角度,一般在45~60°之間。
刮刀壓力:刮刀的壓力會(huì)影響錫膏的量(volume)。原則上在其他條件不變的情況下,刮刀的壓力越大,則錫膏的量會(huì)越少。因?yàn)閴毫Υ?,等于把鋼板與電路板之間的空隙壓縮了。
刮刀速度:刮刀的速度也會(huì)直接影響到錫膏印刷的形狀與錫膏量,更會(huì)直接影響到焊錫印刷的質(zhì)量。一般刮刀的速度會(huì)被設(shè)定在20~80mm/s之間,原則上刮刀的速度必須配合錫膏的黏度,流動(dòng)性越好的錫膏其刮刀速度應(yīng)該要越快,否則會(huì)容易滲流。一般的情況下,刮刀的速度越快,其錫膏量會(huì)越少。
鋼板的脫模速度:脫模速度如果太快,容易造成錫膏拉絲或拉尖的現(xiàn)象,可能會(huì)影響到置件的效果。
是否使用真空座(vacuum block)?真空座可以幫助電路板順利平貼在固定位置,加強(qiáng)讓鋼板與電路板的密合度。有時(shí)候只有一次性少量生產(chǎn)的產(chǎn)品可以使用萬(wàn)用頂針/頂塊來(lái)代替真空塊。
電路板是否變形(warpage)?變形的電路板會(huì)讓錫膏印出來(lái)不均勻,大多數(shù)的情況下都會(huì)造成短路。
鋼板開孔(stencil aperture)。鋼板的開孔直接影響錫膏印刷的質(zhì)量,這個(gè)需要專章講解。
鋼板清潔。鋼板的干凈與否直接關(guān)系到錫膏印刷的質(zhì)量,特別是鋼板與PCB接觸面,以避免鋼板底下出現(xiàn)殘余錫膏污染到PCB上不該有錫膏的位置。一般SMT制造廠會(huì)規(guī)定生產(chǎn)幾片板子之后就要使用無(wú)塵擦拭紙來(lái)清潔鋼板底部,有些甚至在印刷機(jī)上設(shè)計(jì)自動(dòng)擦拭功能,也會(huì)規(guī)定每隔多少時(shí)間就要將鋼板取下用溶劑及超聲波震蕩來(lái)清洗,目的是為了清除鋼板開孔中殘留的錫膏,特別是細(xì)間距的零件,以確保錫膏印刷不被阻塞。
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