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焊錫膏印刷

來源:中國起重機(jī)械網(wǎng)
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  焊錫膏印刷

進(jìn)程設(shè)備

在錫膏印刷進(jìn)程中,印刷機(jī)是到達(dá)所期望的印刷質(zhì)量的關(guān)鍵。今天可購買到的絲印機(jī)分為兩種主要類型:實(shí)驗(yàn)室與出產(chǎn)。每個類型有進(jìn)一步的分類,因?yàn)槊總€公司期望從實(shí)驗(yàn)室與出產(chǎn)類型的印刷機(jī)得到不同的功用水平。例如,一個公司的研討與開發(fā)部分(R&D)運(yùn)用實(shí)驗(yàn)室類型制作產(chǎn)品原型,而出產(chǎn)則會用另一種類型。還有,出產(chǎn)要求或許改動很大,取決于產(chǎn)值。因?yàn)榧す馇虚_設(shè)備是不或許分類的,最好是挑選與所期望的運(yùn)用相適應(yīng)的絲印機(jī)。

在手藝或半主動印刷機(jī)中,錫膏是手藝地放在模板/絲網(wǎng)上,這時印刷刮板(squeegee)處于模板的另一端。在主動印刷機(jī)中,錫膏是主動分配的。在印刷進(jìn)程中,印刷刮板向下壓在模板上,使模板底面觸摸到電路板頂面。當(dāng)刮板走過所腐蝕的整個圖形區(qū)域長度時,錫膏通過模板/絲網(wǎng)上的開孔印刷到焊盤上。

在錫膏現(xiàn)已堆積之后,絲網(wǎng)在刮板之后立刻脫開(snap off),回到原地。這個間隔或脫開間隔是設(shè)備規(guī)劃所定的,大約0.020"~0.040"。脫開間隔與刮板壓力是兩個到達(dá)杰出印刷質(zhì)量的與設(shè)備有關(guān)的重要變量。

假如沒有脫開,這個進(jìn)程叫觸摸(on-contact)印刷。當(dāng)運(yùn)用全金屬模板和刮刀時,運(yùn)用觸摸印刷。非觸摸(off-contact)印刷用于柔性的金屬絲網(wǎng)。

刮板(squeegee)類型

刮板的磨損、壓力和硬度決議印刷質(zhì)量,應(yīng)該細(xì)心監(jiān)測。對可接受的印刷質(zhì)量,刮板邊際應(yīng)該尖利和直線。刮板壓力低構(gòu)成遺漏和粗糙的邊際,而刮板壓力高或很軟的刮板將引起斑駁狀的(smeared)印刷,乃至或許損壞刮板和模板或絲網(wǎng)。過高的壓力也傾向于從寬的開孔中挖出錫膏,引起焊錫圓角不行。

常見有兩種刮板類型:橡膠或聚氨酯(polyurethane)刮板和金屬刮板。當(dāng)運(yùn)用橡膠刮板時,運(yùn)用70-90橡膠硬度計(durometer)硬度的刮板。當(dāng)運(yùn)用過高的壓力時,滲入到模板底部的錫膏或許構(gòu)成錫橋,要求頻頻的底部抹擦。為了防止底部浸透,焊盤開口在印刷時有必要供給密封(gasketing)作用。這取決于模板開孔壁的粗糙度。

金屬刮刀也是常用的。跟著更密間隔元件的運(yùn)用,金屬刮刀的用量在添加。它們由不銹鋼或黃銅制成,具有平的刀片形狀,運(yùn)用的印刷角度為30~45°。一些刮刀涂有光滑資料。因?yàn)檫\(yùn)用較低的壓力,它們不會從開孔中挖出錫膏,還因?yàn)槭墙饘俚?,它們不象橡膠刮板那樣簡單磨損,因而不需求尖利。它們比橡膠刮板成本貴得多,并或許引起模板磨損。

運(yùn)用不同的刮板類型在運(yùn)用規(guī)范元件和密腳元件的印刷電路安裝(PCA)中是有區(qū)別的。錫膏量的要求對每一種元件有很大的不同。密間隔元件要求比規(guī)范外表貼裝元件少得多的焊錫量。焊盤面積和厚度操控錫膏量。

一些工程師運(yùn)用雙厚度的模板來對密腳元件和規(guī)范外表貼裝焊盤施用恰當(dāng)?shù)腻a膏數(shù)量。其它工程師選用一種不同的辦法 - 他們運(yùn)用不需求常常尖利的更經(jīng)濟(jì)的金屬刮刀。用金屬刮刀更簡單防止錫膏堆積量的改動,但這種辦法要求改進(jìn)的模板開孔規(guī)劃來防止在密間隔焊盤上過多的錫膏堆積。這個辦法在工業(yè)上變得更受歡迎,可是,運(yùn)用雙厚度印刷的橡膠刮板也還沒有消失。

模板(stencil)類型

重要的印刷質(zhì)量變量包含模板孔壁的精度和光潔度。保存模板寬度與厚度的恰當(dāng)?shù)目v橫比(aspect ratio)是重要的。推薦的縱橫比為1.5。這對防止模板堵塞是重要。一般,假如縱橫比小于1.5,錫膏會保留在開孔內(nèi)。除了縱橫比之外,如IPC-7525《模板規(guī)劃指南》所推薦的,還要有大于0.66的面積比(焊盤面積除以孔壁面積)。IPC-7525可作為模板規(guī)劃的一個杰出開端。

制作開孔的工藝進(jìn)程操控開孔壁的光潔度和精度。有三種常見的制作模板的工藝:化學(xué)腐蝕、激光切開和加成(additive)工藝。

1)化學(xué)腐蝕(chemically etched)模板

金屬模板和柔性金屬模板是運(yùn)用兩個陽性圖形通過從雙面的化學(xué)研磨來蝕刻的。在這個進(jìn)程中,蝕刻不僅在所期望的筆直方向進(jìn)行,而且在橫向也有。這叫做底切(undercutting) - 開孔比期望的較大,構(gòu)成額外的焊錫堆積。因?yàn)?0/50從雙面進(jìn)行蝕刻,其成果是幾乎直線的孔壁,在中間有輕輕沙漏形的收窄。

因?yàn)殡娢g刻模板孔壁或許不滑潤,電拋光,一個微蝕刻工藝,是到達(dá)滑潤孔壁的一個辦法。另一個到達(dá)較滑潤孔壁的辦法是鍍鎳層(nickel plating)。拋光或滑潤的外表對錫膏的開釋是好的,但或許引起錫膏越過模板外表而不在刮板前翻滾。這個問題可通過挑選性地拋光孔壁而不是整個模板外表來防止。鍍鎳進(jìn)一步改進(jìn)滑潤度和印刷功用。可是,它減小了開孔,要求圖形調(diào)整。

2)激光切開(laser-cut)模板

激光切開是另一種減去(subtractive)工藝,但它沒有底切問題。模板直接從Gerber數(shù)據(jù)制作,因而開孔精度得到改進(jìn)。數(shù)據(jù)可按需求調(diào)整以改動尺度。更好的進(jìn)程操控也會改進(jìn)開孔精度。激光切開模板的另一個長處是孔壁可成錐形?;瘜W(xué)蝕刻的模板也能夠成錐形,假如只從一面腐蝕,可是開孔尺度或許太大。板面的開口稍微比刮板面的大一點(diǎn)的錐形開孔(0.001"~0.002",發(fā)生大約2°的角度),對錫膏開釋更簡單。

激光切開能夠制作出小至0.004"的開孔寬度,精度到達(dá)0.0005",因而很適合于超密間隔(ultra-fine-pitch)的元件印刷。激光切開的模板也會發(fā)生粗糙的邊際,因?yàn)樵谇虚_期間汽化的金屬變成金屬渣。這或許引起錫膏堵塞。更滑潤的孔壁可通過微蝕刻來發(fā)生。激光切開的模板假如沒有預(yù)先對需求較薄的區(qū)域進(jìn)行化學(xué)腐蝕,就不能制成臺階式多級模板。激光一個一個地切開每一個開孔,因而模板成本是要切開的開孔數(shù)量而定。

3)電鑄成型(electroformed)模板

制作模板的第三種工藝是一種加成工藝,最普遍地叫做電鑄成型。在這個工藝中,鎳堆積在銅質(zhì)的陰極心上以構(gòu)成開孔。一種光敏干膠片疊層在銅箔上(大約0.25"厚度)。膠片用紫外光通過有模板圖畫的遮光膜進(jìn)行聚合。通過顯影后,在銅質(zhì)心上發(fā)生陰極圖畫,只有模板開孔堅(jiān)持用光刻膠(photoresist)掩蓋。然后在光刻膠的周圍通過鍍鎳構(gòu)成了模板。在到達(dá)所期望的模板厚度后,把光刻膠從開孔除去。電鑄成型的鎳箔通過曲折從銅心上分開 - 一個關(guān)鍵的工藝進(jìn)程。箔片準(zhǔn)備好裝框,制作模板的其它進(jìn)程。

電鑄成型臺階式模板能夠做得到,但成本添加。因?yàn)榭傻竭_(dá)精密的公役,電鑄成型的模板供給杰出的密封作用,削減了模板底面的錫膏滲漏。這意味著模板底面擦洗的頻率顯著地下降,削減潛在的錫橋。

定論

化學(xué)腐蝕和激光切開是制作模板的減去工藝?;瘜W(xué)蝕刻工藝是最老的、運(yùn)用最廣的。激光切開相對較新,而電鑄成型模板是最新時興的東西。

為了到達(dá)杰出的印刷成果,有必要有正確的錫膏資料(黏度、金屬含量、最大粉末尺度和盡或許最低的助焊劑活性)、正確的東西(印刷機(jī)、模板和刮刀)和正確的工藝進(jìn)程(杰出的定位、清潔拭擦)的結(jié)合。

吞吐量

吞吐量界說為:在給定的時刻周期內(nèi),能夠出產(chǎn)出多少合格的印刷電路板。

影響一條SMT出產(chǎn)線產(chǎn)值的要素是多種多樣的,常常說到的一個要素是錫膏印刷設(shè)備的周期。曩昔,“機(jī)器周期”用作主要設(shè)備出產(chǎn)吞吐量的一個重要指標(biāo),但對一臺模板印刷機(jī)或其它電子制作設(shè)備來說,它僅僅是量度真實(shí)產(chǎn)值的一個要素。電子制作業(yè)常常交換運(yùn)用周期和吞吐量兩個術(shù)語,事實(shí)上,它們在機(jī)器功用的量度工作中是兩種不同的要素。

周期

周期的界說是機(jī)器能夠完成的電路板的裝卸、對位等基本功用使命的速度。一般包含以下內(nèi)容:電路板進(jìn)出機(jī)器的運(yùn)動、電路板按已定方針(模板基準(zhǔn)標(biāo)記)進(jìn)行校對、電路板運(yùn)動到其有必要的方位,以及電路板傳送到下道工序的時刻。機(jī)器主要功用的實(shí)踐完成(在本例中是錫膏的實(shí)踐印刷)一般要依賴于界說機(jī)器周期的各個公認(rèn)元素。大多數(shù)狀況下,錫膏印刷設(shè)備的供貨商只把機(jī)器的周期界說為印刷電路板送進(jìn)、送出機(jī)器,以及印刷電路板按已定方針(模板基準(zhǔn)標(biāo)記)校對的進(jìn)程。

很多時分真正的印刷動作并不包含在錫膏印刷機(jī)的周期內(nèi)。印刷動作在很大程度上依賴于運(yùn)用的錫膏和出產(chǎn)的基板尺度。大多數(shù)現(xiàn)代錫膏印刷設(shè)備刮板的的運(yùn)動速度能夠遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于實(shí)踐錫膏印刷的要求。許多客戶仍在運(yùn)用那些有必要緩慢印制的錫膏,這常常成為錫膏印刷工藝周期的一個主要時刻要素。正是因?yàn)橘Y料會發(fā)生很多影響變量,設(shè)備制作商便將周期的界說內(nèi)容縮減為自己可控的那些項(xiàng)目。

我們應(yīng)該把機(jī)器周期界說考慮得更廣泛一些,以使更好地了解機(jī)器吞吐量與設(shè)備利用率。更廣泛的界說除了包含上述一切功用,還需加上機(jī)器履行的一切“直接”(overhead)功用。“直接”功用界說是:不直接包含在電路板傳送和準(zhǔn)確印刷錫膏的實(shí)踐操作中的一切其它機(jī)器功用。大多數(shù)的現(xiàn)代錫膏印刷機(jī)都能夠履行許多“直接”功用,如模板清洗、二維(2D)印后查驗(yàn)、模板上錫膏的涂覆等,有些更先進(jìn)的體系乃至供給對錫膏印刷的三維(3D)印后查驗(yàn)、慢速脫離(snap-off)、定位支撐針的裝置,以及對計算進(jìn)程操控和其它辦理與質(zhì)量數(shù)據(jù)的采集功用,作為機(jī)器的附加功用。

當(dāng)選用機(jī)器周期的這種擴(kuò)展界說時,很難對錫膏印刷機(jī)設(shè)備作出比較,因?yàn)橐话銧顩r下這些功用替代了手藝和離線的確保工藝質(zhì)量功用。有必要花時刻來徹底了解每個“直接”功用怎么完成自己的使命,才干夠?qū)C(jī)器的功用作出正確的評價。在證明某項(xiàng)功用的價值時,機(jī)器履行直接使命的速度當(dāng)然是主要考慮要素,一起,還有必要考慮機(jī)器將以怎樣的精確度和可重復(fù)性履行直接操作。許多印刷設(shè)備能夠并行地履行幾個“直接”功用,這樣不會因?yàn)樘砑庸τ脴?gòu)成吞吐量的實(shí)踐丟失。假如機(jī)器能夠并行地履行兩、三個“直接”功用,而且仍能供給“最佳”的精確度和可重復(fù)性,則該機(jī)器(依照上述擴(kuò)展界說辦法)就具有最快的機(jī)器周期。

怎么有用評價印刷機(jī)的實(shí)踐吞吐量?

為了有用評價一臺印刷機(jī)的實(shí)踐吞吐量,有必要考慮以下變量:

周期,及丈量電路板上板、定位、送至印刷高度、回到傳送高度、下板的進(jìn)程。但不包含實(shí)踐的印刷動作。

印刷參數(shù),包含:施加的力氣、刮板運(yùn)動及速度參數(shù)等。這些參數(shù)受電路板尺度、元件密度、元件間隔以及錫膏構(gòu)成(因?yàn)椴煌牧髯儗W(xué)特性,大型元件一般意味著不同的速度)的影響。

錫膏印刷周期的優(yōu)化需求運(yùn)用能夠快速印刷的錫膏。電路路尺度越大,實(shí)踐印刷動作對周期長短的影響就越重要。假如我們的錫膏每秒只能印刷 2 英寸,用它加工一塊 12 英寸電路板的進(jìn)程要耗時 6 秒種。假如換用一臺每秒印刷 8 英寸的錫膏,則印刷時刻能夠下降為 1.5 秒。

是否運(yùn)用刮板或關(guān)閉印刷頭?

關(guān)閉印刷頭節(jié)省了將錫膏涂覆在模板上的時刻。即使運(yùn)用了主動錫膏涂覆體系,機(jī)器也要花時刻將新的錫膏涂在模板上。當(dāng)要從一種電路板轉(zhuǎn)化到另一種電路板時,關(guān)閉印刷頭更顯示出獨(dú)有的優(yōu)勢。因?yàn)橐磺械腻a膏都現(xiàn)已裝在關(guān)閉印刷頭中。在清潔模板前,只需從模板上刮去很少數(shù)的錫膏。而且因?yàn)橄乱环N產(chǎn)品的錫膏現(xiàn)已裝在印刷頭中了,錫膏的浪費(fèi)量也很少。

錫膏涂覆:在運(yùn)用刮板時,怎么向模板涂覆錫膏。影響它的要素包含涂覆辦法(人工或主動涂覆),以及開孔密度和PCB的尺度,這些將決議錫膏彌補(bǔ)的頻率。

操作軟件的“易用性”

軟件有必要易于運(yùn)用。一切可控功用的操作都有必要易于了解。軟件界面有必要盡或許直觀以簡化操作。這有助于機(jī)器的組裝、轉(zhuǎn)化以及正常運(yùn)轉(zhuǎn),對體系長時刻出產(chǎn)的產(chǎn)值有很大影響。

模板清洗頻率與辦法。

一切的錫膏印刷工藝都需求按某種頻度來清潔模板。模板擦洗的頻度是多種變量的函數(shù),包含模板規(guī)劃、印刷電路板的最終外表處理(熱風(fēng)整平 HASL、浸銀、浸鎳/金、有機(jī)可焊性保護(hù)層OSP,等)、印刷進(jìn)程中電路板的支持,等。即使是最優(yōu)規(guī)劃的錫膏印刷工藝也有必要進(jìn)行模板清潔,所以我們有必要對某臺機(jī)器怎么完成這一功用作出評價。一切的現(xiàn)代錫膏印刷設(shè)備均供給模板清洗功用。有必要清楚是否需求在履行模板清潔功用時運(yùn)用真空或溶劑來幫忙清洗工作。

模板至電路板的慢速脫離間隔與速度。一切體系都各不相同,因?yàn)槊芏仍絹碓礁?,有?PCB 板需求更慢的別離速度,以改進(jìn)模板與堆積錫膏的別離。

印后查驗(yàn)

大多數(shù)現(xiàn)代錫膏印刷設(shè)備都供給二維(2D)印后查驗(yàn)功用,有些還能夠?yàn)殛P(guān)鍵設(shè)備的錫膏堆積供給三維(3D)印后查驗(yàn)功用。一切的 2D 和 3D 印后查驗(yàn)體系的工作各不相同,所以,要了解可丈量的各個變量、辦法,以及懂得怎么運(yùn)用成果數(shù)據(jù),這對評價附加工作的價值非常重要。

安裝與轉(zhuǎn)化方案,包含相關(guān)的 MTTA。

當(dāng)從一種產(chǎn)品變更為另一種產(chǎn)品時,需求進(jìn)行大量的錫膏印刷設(shè)備的轉(zhuǎn)化工作。許多錫膏印刷流程在一天里要進(jìn)行數(shù)次轉(zhuǎn)化。有必要清楚你的設(shè)備要花多少時刻才干從一種產(chǎn)品轉(zhuǎn)化到另一種產(chǎn)品。哪些產(chǎn)品轉(zhuǎn)化變量對機(jī)器的優(yōu)化運(yùn)轉(zhuǎn)特別重要?

工藝計算操控策略(SPC)

如上所述,吞吐量是在給定時刻周期內(nèi)安裝完成的合格電路板數(shù)量。工藝質(zhì)量對完成最高吞吐量至關(guān)重要,因而有必要盡或許“實(shí)時”地了解工藝運(yùn)轉(zhuǎn)的狀況。我們不能在出產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)完畢后才通過發(fā)現(xiàn)的缺點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)救式的優(yōu)化工作。我們有必要發(fā)起一種“前瞻”式的出產(chǎn),防止構(gòu)成一種只被用來發(fā)現(xiàn)缺點(diǎn)的“反響”式出產(chǎn)。

清除辦法

問題:能夠用小刮鏟來將誤印的錫膏從板上去掉嗎?這會不會將錫膏和小錫珠弄到孔里和小的縫隙里?解答:用小刮鏟刮的辦法來將錫膏從誤印的板上去掉或許構(gòu)成一些問題。一般可行的辦法是將誤印的板浸入一種兼容的溶劑中,如參加某種添加劑的水,然后用軟毛刷子將小錫珠從板上去除。寧愿反復(fù)的浸泡與洗刷,而不要猛烈的干刷或鏟刮。在錫膏印刷之后,操作員等待清洗誤印的時刻越長,越難去掉錫膏。誤印的板應(yīng)該在發(fā)現(xiàn)問題之后立刻放入浸泡的溶劑中,因?yàn)殄a膏在干之前簡單清除。

防止用布條去抹擦,以防止錫膏和其他污染物涂抹在板的外表上。在浸泡之后,用輕柔的噴霧沖刷常常能夠協(xié)助去掉不期望有的錫膏。一起還推薦用熱風(fēng)枯燥。假如運(yùn)用了臥式模板清洗機(jī),要清洗的面應(yīng)該朝下,以允許錫膏從板上墜落。

按例,注意一些細(xì)節(jié)能夠消除不期望有的狀況,如錫膏的誤印和從板上清除為固化的錫膏。在所期望的方位堆積恰當(dāng)數(shù)量的錫膏是我們的方針。弄臟了的東西、干枯的錫膏、模板與板的不對位,都或許構(gòu)成在模板底面乃至安裝上有不期望有的錫膏。在印刷工藝期間,在印刷周期之間按必定的規(guī)則擦洗模板。確保模板坐落在焊盤上,而不是在阻焊層上,以確保一個清潔的錫膏印刷工藝。在線的、實(shí)時的錫膏查看和元件貼裝之后回流之前的查看,都是對削減在焊接發(fā)生之前工藝缺點(diǎn)有協(xié)助的工藝進(jìn)程。

關(guān)于密間隔(fine-pitch)模板,假如因?yàn)楸〉哪0鍣M截面曲折構(gòu)成引腳之間的損害,它會構(gòu)成錫膏堆積在引腳之間,發(fā)生印刷缺點(diǎn)和/或短路。低粘性的錫膏也或許構(gòu)成印刷缺點(diǎn)。例如,印刷機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)溫度高或許刮刀速度高能夠減小錫膏在運(yùn)用中的粘性,因?yàn)槎逊e過多錫膏而構(gòu)成印刷缺點(diǎn)和橋接。

總的來講,對資料缺少足夠的操控、錫膏堆積的辦法和設(shè)備是在回流焊接工藝中缺點(diǎn)的主要原因。

什么類型的安裝板的分板(depaneling)設(shè)備供給最好的成果?

有幾種分板體系供給各種將安裝板分板的技能。按例,在挑選這種設(shè)備時應(yīng)該考慮許多要素。不論有沒有定線(routing)、鋸割(sawing)或沖切(blanking)用來將單個的板從組合板分開,分板進(jìn)程中安穩(wěn)的支撐是最重要的要素。沒有支撐,發(fā)生的應(yīng)力或許損害基板和焊接點(diǎn)。扭曲板、或在分板期間給安裝發(fā)生應(yīng)力都或許構(gòu)成躲藏或明顯的缺點(diǎn)。雖然鋸割常常能夠供給最小的空隙,可是用東西的剪切或沖切能夠供給較清潔的、愈加受控的成果。

為了防止元件損害,許多安裝商企圖在要求分板的時分將元件焊接點(diǎn)堅(jiān)持在間隔板的邊際至少5.08mm。敏感的陶瓷電容或二極管或許要求格外的小心與考慮。
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