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文檔簡介

第3章核心工藝能力建設(shè)

第3章核心工藝能力建設(shè)1SMT關(guān)鍵工序的工藝控制1.印刷工藝2.貼裝元件工藝3.焊接原理和再流焊工藝SMT關(guān)鍵工序的工藝控制1.印刷工藝2一.施加焊膏工藝一.施加焊膏工藝3施加焊膏是SMT的關(guān)鍵工序施加焊膏是保證SMT質(zhì)量的關(guān)鍵工序。目前一般都采用模板印刷。據(jù)資料統(tǒng)計,在PCB設(shè)計正確、元器件和印制板質(zhì)量有保證的前提下,表面組裝質(zhì)量問題中有60%-80%的質(zhì)量問題出在印刷工藝。施加焊膏是SMT的關(guān)鍵工序施加焊膏是保證SMT質(zhì)4了解印刷原理,提高印刷質(zhì)量了解印刷原理,提高印刷質(zhì)量51.印刷焊膏的原理焊膏和貼片膠都是觸變流體,具有粘性。當(dāng)刮刀以一定速度和角度向前移動時,對焊膏產(chǎn)生一定的壓力,推動焊膏在刮板前滾動,產(chǎn)生將焊膏注入網(wǎng)孔或漏孔所需的壓力,焊膏的粘性摩擦力使焊膏在刮板與網(wǎng)板交接處產(chǎn)生切變,切變力使焊膏的粘性下降,使焊膏順利地注入網(wǎng)孔或漏孔。1.印刷焊膏的原理焊膏和貼片膠都是觸變流體,具6刮板焊膏模板PCBa焊膏在刮板前滾動前進(jìn)b產(chǎn)生將焊膏注入漏孔的壓力c切變力使焊膏注入漏孔

X

YF

刮刀的推動力F可分解為推動焊膏前進(jìn)分力X和將焊膏注入漏孔的壓力Yd焊膏釋放(脫模)圖1-3焊膏印刷原理示意圖SMT質(zhì)量3-1焊膏印刷工序的工藝控制課件7

焊膏在刮板前滾動,才能產(chǎn)生將焊膏注入開口的壓力刮板焊膏

印刷時焊膏填充模板開口的情況脫模焊膏滾動焊膏在刮板前滾動,才能產(chǎn)生將焊膏注入開口的壓力印刷時82.影響焊膏脫模質(zhì)量的因素(a)模板開口尺寸:開口面積B與開口壁面積A比>0.66時焊膏釋放(脫模)順利。

面積比>0.66,焊膏釋放體積百分比>80%面積比<0.5,焊膏釋放體積百分比<60%(b)焊膏黏度:焊膏與PCB焊盤之間的粘合力Fs>焊膏與開口壁之間的摩擦力Ft時焊膏釋放順利。(c)開口壁的形狀和光滑度:開口壁光滑、喇叭口向下或垂直時焊膏釋放順利。2.影響焊膏脫模質(zhì)量的因素(a)模板開口尺寸:開口面積B9圖1-4放大后的焊膏印刷脫模示意圖Fs——焊膏與PCB焊盤之間的粘合力:與開口面積、焊膏黏度有關(guān)Ft——焊膏與開口壁之間的摩檫阻力:與開口壁面積、光滑度有關(guān)A——焊膏與模板開口壁之間的接觸面積;B——焊膏與PCB焊盤之間的接觸面積(開口面積)PCB開口壁面積A開口面積B圖1-410

(a)垂直開口(b)喇叭口向下(c)喇叭口向上易脫模易脫模脫模差圖1-5模板開口形狀示意圖SMT質(zhì)量3-1焊膏印刷工序的工藝控制課件113.刮刀材料、形狀及印刷方式(a)刮刀材料

①橡膠(聚胺酯)刮刀橡膠刮刀有一定的柔性,用于絲網(wǎng)印刷以及模板表面不太平整、例如經(jīng)過減薄處理(有凹面)的模板印刷。橡膠刮刀的硬度:肖氏(shore)75度~85度。

②金屬刮刀金屬刮刀耐磨、使用壽命長(約10萬次,是聚胺酯的10倍左右)。用于平整度好的金屬模板印刷;適宜各種間距、密度的印刷,特別對窄間距、高密度印刷質(zhì)量比較高,而且使用壽命長,應(yīng)用最廣泛。

3.刮刀材料、形狀及印刷方式(a)刮刀材料12

(b)刮刀形狀和結(jié)構(gòu)

橡膠刮刀的形狀有菱形和拖尾形兩種。

菱形刮刀——是將10mm×10mm的方形聚胺脂夾在支架中間,前后呈45°角。菱形刮刀可采用單刮刀作雙向印刷。刮刀在每個行程末端可跳過焊膏。菱形刮刀的焊膏量不易控制,并容易污染刮刀頭。

拖尾形刮刀——一般都采用雙刮刀形式。刮刀的角度一般為45°~60°。(b)刮刀形狀和結(jié)構(gòu)13

RUBMET橡膠刮刀金屬刮刀圖2-7各種不同形狀的刮刀示意圖手動刮刀手動刮刀14(d)印刷方式

①單向印刷(刮刀只能作一個方向印刷)單向印刷時有一塊刮刀是印刷用的,另一塊刮刀是作為回料用的;

②雙向印刷雙向印刷時兩塊刮板進(jìn)行交替往返印刷。(d)印刷方式154.影響印刷質(zhì)量的主要因素

a首先是模板質(zhì)量——模板印刷是接觸印刷,因此模板厚度與開口尺寸確定了焊膏的印刷量。焊膏量過多會產(chǎn)生橋接,焊膏量過少會產(chǎn)生焊錫不足或虛焊。模板開口形狀以及開口是否光滑也會影響脫模質(zhì)量。

b其次是焊膏質(zhì)量——焊膏的黏度、印刷性(滾動性、轉(zhuǎn)移性)、觸變性、常溫下的使用壽命等都會影響印刷質(zhì)量。

c印刷工藝參數(shù)——刮刀速度、刮刀壓力、刮刀與網(wǎng)板的角度以及焊膏的黏度之間都存在一定的制約關(guān)系,因此只有正確控制這些參數(shù),才能保證焊膏的印刷質(zhì)量。4.影響印刷質(zhì)量的主要因素a首先是模板質(zhì)量——模16

d設(shè)備精度方面——在印刷高密度窄間距產(chǎn)品時,印刷機(jī)的印刷精度和重復(fù)印刷精度也會起一定的作用。

e環(huán)境溫度、濕度、以及環(huán)境衛(wèi)生——環(huán)境溫度過高會降低焊膏黏度,濕度過大時焊膏會吸收空氣中的水分,濕度過小時會加速焊膏中溶劑的揮發(fā),環(huán)境中灰塵混入焊膏中會使焊點產(chǎn)生針孔。

(一般要求環(huán)境溫度23±3℃,相對濕度45~70%)d設(shè)備精度方面——在印刷高密度窄間距產(chǎn)品時,印刷機(jī)17從以上分析中可以看出,影響印刷質(zhì)量的因素非常多,而且印刷焊膏是一種動態(tài)工藝。①焊膏的量隨時間而變化,如果不能及時添加焊膏的量,會造成焊膏漏印量少,圖形不飽滿。②焊膏的黏度和質(zhì)量隨時間、環(huán)境溫度、濕度、環(huán)境衛(wèi)生而變化;③模板底面的清潔程度及開口內(nèi)壁的狀態(tài)不斷變化;……從以上分析中可以看出,影響印刷質(zhì)量的因素非常多,185.提高印刷質(zhì)量的措施

(1)加工合格的模板(2)選擇適合工藝要求的焊膏并正確使用焊膏(3)印刷工藝控制5.提高印刷質(zhì)量的措施(1)加工合格的模板19(1)加工合格的模板

模板厚度與開口尺寸基本要求:(IPC7525標(biāo)準(zhǔn))TW

L

寬厚比:開口寬度(W)/模板厚度(T)>1.5

面積比:開口面積(W×L)/孔壁面積[2×(L+W)×T]>0.66

SMT質(zhì)量3-1焊膏印刷工序的工藝控制課件20蝕刻鋼板:過度蝕刻或蝕刻不足過度蝕刻開口變大蝕刻不足開口變小蝕刻鋼板:過度蝕刻或蝕刻不足過度蝕刻蝕刻不足21孔壁粗糙影響焊膏釋放窄間距時可采用激光+電拋光工藝孔壁粗糙影響焊膏釋放窄間距時可采用激光+電拋光工藝22模板開口方向與刮刀移動方向與刮刀移動方向垂直的模板開口,因刮刀通過的時間短,焊膏難以被填入,常造成焊膏量不足。因此,為了使與刮刀移動方向垂直與平行的模板開口的焊膏量相等,應(yīng)加大垂直方向的模板開口尺寸。模板開口長度方向與刮刀移動方向垂直模板開口長度方向與刮刀移動方向平行平行垂直模板開口方向與刮刀移動方向與刮刀移動方向垂直的模23(2)焊膏的選擇方法

不同的產(chǎn)品要選擇不同的焊膏。(a)根據(jù)產(chǎn)品本身的價值和用途,高可靠產(chǎn)品選擇高質(zhì)量的焊膏。(b)根據(jù)PCB和元器件存放時間和表面氧化程度選擇焊膏的活性。一般采用RMA級;高可靠性產(chǎn)品選擇R級;PCB、元器件存放時間長,表面嚴(yán)重氧化,應(yīng)采用RA級,焊后清洗。(c)根據(jù)組裝工藝、印制板、元器件的具體情況選擇合金組分。一般鍍鉛錫印制板采用63Sn/37Pb;鈀金或鈀銀厚膜端頭和引腳可焊性較差的元器件、要求焊點質(zhì)量高的印制板采用62Sn/36Pb/2Ag;水金板一般不要選擇含銀的焊膏;(金與焊料中的錫形成金錫間共價化合物AuSn4,焊料中金的含量超過3%會使焊點變脆,用于焊接的金層厚度≤1μm。)(2)焊膏的選擇方法24(d)根據(jù)產(chǎn)品對清潔度的要求來選擇是否采用免清洗。免清洗工藝要選用不含鹵素或其它強(qiáng)腐蝕性化合物的焊膏;高可靠、航天、軍工、儀器儀表以及涉及生命安全的醫(yī)用器材要采用水清洗或溶劑清洗的焊膏,焊后必須清洗干凈。(e)BGA和CSP一般都需要采用高質(zhì)量的免清洗焊膏;(f)焊接熱敏元件時,應(yīng)選用含鉍的低熔點焊膏。(d)根據(jù)產(chǎn)品對清潔度的要求來選擇是否采用免清洗。25(g)根據(jù)PCB的組裝密度(有無窄間距)來選擇合金粉末顆粒度。常用焊膏的合金粉末顆粒尺寸分為四種粒度等級,窄間距時一般選擇20—45μm。

SMD引腳間距和焊料顆粒的關(guān)系>38μm的顆粒應(yīng)少于1%20~384>45μm的顆粒應(yīng)少于1%25~453>75μm的顆粒應(yīng)少于1%45~752<20μm微粉顆粒應(yīng)少于10%>150μm的顆粒應(yīng)少于1%75~1501微粉顆粒要求大顆粒要求80%以上合金粉末顆粒尺寸(μm)合金粉末類型(g)根據(jù)PCB的組裝密度(有無窄間距)來選擇合金粉末顆粒度26焊膏的合金粉末顆粒尺寸與印刷性的關(guān)系

焊膏的合金粉末顆粒尺寸直接影響填充性和脫膜性

細(xì)小顆粒的焊膏印刷性比較好,特別對于高密度、窄間距的產(chǎn)品,由于模板開口尺寸小,必須采用小顆粒合金粉末,否則會影響印刷性和脫摸性。小顆粒合金粉的優(yōu)點:印刷性好,印刷圖形的清晰度高。缺點:易塌邊,表面積大,易被氧化。焊膏的合金粉末顆粒尺寸與印刷性的關(guān)系27合金粉末顆粒直徑選擇原則a焊料顆粒最大直徑≤模板最小開口寬度的1/5;b圓形開口時,焊料顆粒最大直徑≤開口直徑的1/8。長方形圓形開口c模板開口厚度(垂直)方向,最大顆粒數(shù)應(yīng)≥3個。焊膏焊盤PCB

合金粉末顆粒直徑選擇原則a焊料顆粒最大直徑≤模板最小開口寬28(h)合金粉末的形狀也會影響焊膏的印刷性和脫膜性球形顆粒的特點:焊膏粘度較低,印刷性好。球形顆粒的表面積小,含氧量低,有利于提高焊接質(zhì)量,但印刷后焊膏圖形容易塌落。適用于高密度窄間距的模板印刷,滴涂工藝。目前一般都采用球形顆粒。不定形顆粒的特點:合金粉末組成的焊膏粘度高,印刷后焊膏圖形不易塌落,但印刷性較差。不定形顆粒的表面積大,含氧量高,影響焊接質(zhì)量和焊點亮度。只適用于組裝密度較低的場合。因此目前一般都不采用不定形顆粒??捎糜诖┬碾娙莸容^大焊接點場合。(h)合金粉末的形狀也會影響焊膏的印刷性和脫膜性29(i)根據(jù)施加焊膏的工藝以及組裝密度選擇焊膏的黏度

例如模板印刷工藝應(yīng)選擇高黏度焊膏、點膠工藝選擇低黏度焊膏,高密度印刷要求高黏度。焊膏粘度(i)根據(jù)施加焊膏的工藝以及組裝密度選擇焊膏的黏度30粘度

焊膏是一種觸變性流體,在外力的作用下能產(chǎn)生流動。粘度是焊膏的主要特性指標(biāo),它是影響印刷性能的重要因素:粘度太大,焊膏不易穿出模板的漏孔,印出的圖形殘缺不全。粘度太小,印刷后焊膏圖形容易塌邊。

影響焊膏粘度的主要因素:①合金焊料粉的百分含量:(合金含量高,粘度就大;焊劑百分含量高,粘度就小。)②粉末顆粒度(顆粒大,粘度減?。活w粒減小,粘度增加)③溫度(溫度增加,粘度減?。粶囟冉档?,粘度增加)粘度31(a)合金焊料粉含量與黏度的關(guān)系(b)溫度對黏度的影響(c)合金粉末粒度對黏度的影響η粘度η粘度η粘度合金粉末含量(wt%)T(℃)粒度(μm)(a)(b)(c)

(a)合金焊料粉含量與黏度的關(guān)系ηηη合金粉末含量(w32觸變指數(shù)和塌落度

焊膏是觸變性流體,焊膏的塌落度主要與焊膏的粘度和觸變性有關(guān)。觸變指數(shù)高,塌落度?。挥|變指數(shù)低,塌落度大。影響觸變指數(shù)和塌落度主要因素:①合金焊料與焊劑的配比,即合金粉末在焊膏中的重量百分含量;②焊劑載體中的觸變劑性能和添加量;③顆粒形狀、尺寸。觸變指數(shù)和塌落度33工作壽命和儲存期限

工作壽命是指在室溫下連續(xù)印刷時,焊膏的粘度隨時間變化小,焊膏不易干燥,印刷性(滾動性)穩(wěn)定;同時焊膏從被涂敷到PCB上后到貼裝元器件之前保持粘結(jié)性能;再流焊不失效。一般要求在常溫下放置12~24小時,至少4小時,其性能保持不變。儲存期限是指在規(guī)定的保存條件下,焊膏從生產(chǎn)日期到使用前性能不嚴(yán)重降低,能不失效的正常使用之前的保存期限,一般規(guī)定在2~10℃下保存一年,至少3~6個月。工作壽命和儲存期限34(2)焊膏的正確使用與管理a)必須儲存在5~10℃的條件下;b)要求使用前一天從冰箱取出焊膏(至少提前2小時),待焊膏達(dá)到室溫后才能打開容器蓋,防止水汽凝結(jié);c)使用前用不銹鋼攪拌棒將焊膏攪拌均勻,攪拌棒一定要清潔;d)添加完焊膏后,應(yīng)蓋好容器蓋;e)免清洗焊膏不能使用回收的焊膏,如果印刷間隔超過1小時,須將焊膏從模板上拭去。將焊膏回收到當(dāng)天使用的容器中;f)印刷后盡量在4小時內(nèi)完成再流焊。g)免清洗焊膏修板后不能用酒精檫洗;h)需要清洗的產(chǎn)品,再流焊后應(yīng)當(dāng)天完成清洗;i)印刷操作時,要求拿PCB的邊緣或帶手套,以防污染PCB。j)回收的焊膏與新焊膏要分別存放(2)焊膏的正確使用與管理35攪拌前攪拌后攪拌前攪拌后36(3)印刷工藝控制

①圖形對準(zhǔn)——通過人工對工作臺或?qū)δ0遄鱔、Y、θ的精細(xì)調(diào)整,使PCB的焊盤圖形與模板漏孔圖形完全重合。

②刮刀與網(wǎng)板的角度——角度越小,向下的壓力越大,容易將焊膏注入漏孔中,但也容易使焊膏污染模板底面,造成焊膏圖形粘連。一般為45~60°。目前自動和半自動印刷機(jī)大多采用60°。(3)印刷工藝控制37③焊膏的投入量(滾動直徑)

焊膏的滾動直徑∮h

≈9~15mm較合適?!觝過小不利于焊膏漏印(印刷的填充性)∮h過大,過多的焊膏長時間暴露在空氣中不斷滾動,對焊膏質(zhì)量不利。

焊膏的投入量應(yīng)根據(jù)刮刀的長度加入。根據(jù)PCB組裝密度(每快PCB的焊膏用量),估計出印刷100快還是150快添加一次焊膏。刮刀運動方向∮h焊膏高度(滾動直徑)③焊膏的投入量(滾動直徑)∮h焊膏高度(滾動直徑)38

④刮刀壓力——刮刀壓力也是影響印刷質(zhì)量的重要因素。刮刀壓力實際是指刮刀下降的深度,壓力太小,可能會發(fā)生兩種情況:第①種情況是由于刮刀壓力小,刮刀在前進(jìn)過程中產(chǎn)生的向下的Y分力也小,會造成漏印量不足;第②種情況是由于刮刀壓力小,刮刀沒有緊貼模板表面,印刷時由于刮刀與PCB之間存在微小的間隙,因此相當(dāng)于增加了印刷厚度。另外壓力過小會使模板表面留有一層焊膏,容易造成圖形粘連等印刷缺陷。因此理想的刮刀壓力應(yīng)該恰好將焊膏從模板表面刮干凈。④刮刀壓力——刮刀壓力也是影響印刷質(zhì)量的重要因素。刮39金屬刮刀的壓力應(yīng)比橡膠刮刀的壓力大一些,一般大1.2~1.5倍。橡膠刮刀的壓力過大,印刷時刮刀會壓入開口中,造成印刷量減少,特別是大尺寸的開口。因此加工模板時,可將大開口中間加一條小筋。注意:緊固金屬刮刀時,緊固程度要適當(dāng)。用力過大由于應(yīng)力會造成刮刀變形,影響刮刀壽命。金屬刮刀的壓力應(yīng)比橡膠刮刀的壓力大一些,一般大1.240金屬刮刀橡膠刮刀金屬刮刀橡膠刮刀41新型封裝MLF散熱焊盤的模板開口設(shè)計再流焊時,由于熱過孔和大面積散熱焊盤中的氣體向外溢出時容易產(chǎn)生濺射、錫球和氣孔等各種缺陷,減小焊膏覆蓋面積可以得到改善。對于大面積散熱焊盤,模板開口應(yīng)縮小20~50%。焊膏覆蓋面積50~80%較合適。新型封裝MLF散熱焊盤的模板開口設(shè)計再流焊時,由于熱過孔和大42

⑤印刷速度——由于刮刀速度與焊膏的粘稠度呈反比關(guān)系,有窄間距,高密度圖形時,速度要慢一些。速度過快,刮刀經(jīng)過模板開口的時間太短,焊膏不能充分滲入開口中,容易造成焊膏圖形不飽滿或漏印的印刷缺陷。

在刮刀角度一定的情況下,印刷速度和刮刀壓力存在一定的關(guān)系,降速度相當(dāng)于增加壓力,適當(dāng)降低壓力可起到提高印刷速度的效果。⑤印刷速度——由于刮刀速度與焊膏的粘稠度呈反比關(guān)系,43⑥網(wǎng)板(模板與PCB)分離速度有窄間距、高密度圖形時,網(wǎng)板分離速度要慢一些。為了提高窄間距、高密度印刷質(zhì)量,日立公司推出“加速度控制”方法——隨印刷工作臺下降行程,對下降速度進(jìn)行變速控制。⑥網(wǎng)板(模板與PCB)分離速度44模板與PCB分離速度分離速度增加時,模板與PCB間變成負(fù)壓,焊膏與焊盤的凝聚力小,使部分焊膏粘在模板底面和開口壁上,造成少印和粘連。分離速度減慢時,PCB與模板間的負(fù)壓變小,焊膏的凝聚力大,而使焊膏很容易脫離模板開口壁,印刷狀態(tài)良好。模板分離PCB的速度2mm/s以下為宜。卷入殘留焊膏大氣壓負(fù)壓模板分離粘著力凝聚力模板與PCB分離速度分離速度增加時,模板與PCB間變成負(fù)壓,45⑦清洗模式和清洗頻率——經(jīng)常清洗模板底面也是保證印刷質(zhì)量的因素。應(yīng)根據(jù)焊膏、模板材料、厚度及開口大小等情況確定清洗模式和清洗頻率。(1濕1干或2濕1干等,印20塊清洗一次或印1塊清洗一次等)模板污染主要是由于焊膏從開口邊緣溢出造成的。如果不及時清洗,會污染PCB表面,模板開口四周的殘留焊膏會變硬,嚴(yán)重時還會堵塞開口。手工清洗時,順開口長度方向效果較好。⑦清洗模式和清洗頻率——經(jīng)常清洗模板底面也是保證印刷質(zhì)量的46⑧建立檢驗制度必須嚴(yán)格首件檢驗。有BGA、CSP、高密度時每一塊PCB都要檢驗。一般密度時可以抽檢。印刷焊膏取樣規(guī)則批次范圍取樣數(shù)量不合格品的允許數(shù)量1~500130501~32005013201~1000080210001~350001253⑧建立檢驗制度印刷焊膏取樣規(guī)則取樣數(shù)量不合格品的允許數(shù)量1~47印刷缺陷舉例少印粘連塌邊錯位印刷缺陷舉例少印粘連塌邊錯位48

表1不良品的判定和調(diào)整方法表1不良品的判定和調(diào)整49

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6SMT不銹鋼激光模板制作外協(xié)程序及工藝要求

印刷模板,又稱漏板、鋼板,它是用來定量分配焊膏,是保證焊膏印刷質(zhì)量的的關(guān)鍵工裝。金屬模板的制造方法:(1)化學(xué)腐蝕法(減成法)——錫磷青銅、不銹鋼板。(2)激光切割法——不銹鋼、高分子聚脂板。(3)電鑄法(加成法)——鎳板。6SMT不銹鋼激光模板制作外協(xié)程序及工藝要求510201、0.3mmQFP、CSP等器件1.價格昂貴2.制作周期長1.尺寸精度高2.窗口形狀好3.孔壁光滑鎳電鑄法0.5mmQFP、BGA、CSP等器件1.價格較高2.孔壁有時會有毛刺,需化學(xué)拋光加工1.尺寸精度高2.窗口形狀好3.孔壁較光潔不銹鋼高分子聚脂激光法0.65mmQFP以上的器件1.窗口圖形不夠好2.孔壁不光滑3.模板尺寸不宜過大價廉錫磷青銅易加工錫磷青銅不銹鋼化學(xué)腐蝕法適用對象缺點優(yōu)點基材方法三種制造方法的比較0201、1.價格昂貴1.尺寸精度高鎳電鑄法0.5mmQFP52

在表面組裝技術(shù)中,焊膏的印刷質(zhì)量直接影響表面組裝板的加工質(zhì)量。在焊膏印刷工藝中不銹鋼模板的加工質(zhì)量又直接影響焊膏的印刷質(zhì)量,模板厚度與開口尺寸決定了焊膏的印刷量。而不銹鋼激光模板均需要通過外協(xié)加工制作,因此在外協(xié)加工前必須正確填寫“激光模板加工協(xié)議”和“SMT模板制作資料確認(rèn)表”,選擇恰當(dāng)?shù)哪0搴穸群驮O(shè)計開口尺寸等參數(shù),以確保焊膏的印刷質(zhì)量。在表面組裝技術(shù)中,焊膏的印刷質(zhì)量直接影響表面53下面介紹不銹鋼激光模板制作的外協(xié)程序及模板制作工藝要求中各種參數(shù)的確定方法:8.4.1向模板加工廠索取“激光模板加工協(xié)議”和“SMT模板制作資料確認(rèn)表目前國內(nèi)不銹鋼激光模板加工廠主要有以下幾個廠家:*深圳允升吉電子有限公司(聯(lián)系電話北京四方利華科技發(fā)展有限公司(聯(lián)系電話*深圳光韻達(dá)實業(yè)有限公司(聯(lián)系電話*深圳光宏電子有限公司(聯(lián)系電話*臺灣正中印刷器材有限公司(天津聯(lián)系電下面介紹不銹鋼激光模板制作的外協(xié)程序及模板制作工藝要求中各種545.2給模板加工廠發(fā)E-Mail(用CAD軟盤)或郵寄膠片5.2.1要求E-Mail傳送的文件:a純貼片的焊盤層(PADS);b與貼片元件的焊盤相對應(yīng)的絲印層(SILK);c含PCB邊框的頂層(TOP);d如果是拼板,需給出拼板圖;5.2.2郵寄黑白膠片的要求(當(dāng)沒有CAD文件時,可以郵寄黑白膠片)a含PCB邊框純貼片的焊盤層(PADS)黑白膠片,如果是拼板,需給出拼板膠片。b必須注明印刷面5.2給模板加工廠發(fā)E-Mail(用CAD軟盤)或郵寄膠片555.3按照模板加工廠的要求填寫“激光模板加工協(xié)議”和“SMT模板制作資料確認(rèn)表”,并傳真給模板加工廠,還可以打電話說明加工要求。“SMT模板制作資料確認(rèn)表”填寫方法(即模板制作工藝要求的確定方法):5.3.1確認(rèn)印刷面;模板加工時要求喇叭口向下,有利于印刷后焊膏脫模,以保證印刷的焊膏圖形完整,邊緣清晰,從而提高印刷質(zhì)量。因此要求與模板加工廠確認(rèn)印刷面。(如果喇叭口向上,脫模時容易從倒角處帶出焊膏,使焊膏圖形不完整)。確認(rèn)方法:將含PCB邊框的頂層(TOP)或絲印層(SILK)的圖形發(fā)傳真給對方,在確認(rèn)表上確認(rèn)該面是否印刷面。也可在圖紙上標(biāo)明該面是否印刷面。5.3.2確認(rèn)焊盤圖形是否正確——如有不需要開口的圖形,應(yīng)在確認(rèn)表上確認(rèn),并在傳真的圖紙上注明。5.3按照模板加工廠的要求填寫“激光模板加工協(xié)議”和“SM565.3.3.模板的厚度;模板印刷是接觸印刷,印刷時不銹鋼模板的底面接觸PCB表面,因此模板的厚度就是焊膏圖形的厚度,模板厚度是決定焊膏量的關(guān)鍵參數(shù),因此必須正確選擇模板厚度。另外,可以通過適當(dāng)修改開口尺寸來彌補(bǔ)不同元器件對焊膏量的不同需求??傊?,模板的厚度與開口尺寸決定了焊膏的印刷量。模板厚度應(yīng)根據(jù)印制板組裝密度、元器件大小、引腳(或焊球)之間的間距進(jìn)行確定。大的Chip元件以及PLCC要求焊膏量多一些,則模板厚度厚一些;小的Chip元件以及窄間距QFP和窄間距BGA(μBGA)、CSP要求焊膏量少一些,則模板厚度薄一些。0.12~0.106030.30.15~0.120.65,0.51608,10050.21.27-0.83216,2125不銹鋼板厚度(mm)SMD引腳間距(mm)Chip元件尺寸5.3.3.模板的厚度;0.12~0.157

但通常在同一塊PCB上既有1.27mm以上一般間距的元器件,也有窄間距元器件,1.27mm以上間距的元器件需要0.2mm厚,窄間距的元器件需要0.15—0.1mm厚,這種情況下可根據(jù)PCB上多數(shù)元器件的的情況決定不銹鋼板厚度,然后通過對個別元器件焊盤開口尺寸的擴(kuò)大或縮小進(jìn)行調(diào)整焊膏的漏印量。如果在同一塊PCB上元器件要求焊膏量懸殊比較大時,可以對窄間距元器件處的模板進(jìn)行局部減薄處理,但減薄工藝的加工成本高一些,因此可以采用折中的方法,不銹鋼板厚度可取中間值。例如同一塊PCB上有的元器件要求0.2mm厚,另一些元器件要求0.15—0.12mm厚,此時不銹鋼板厚度可選擇0.18mm。填寫確認(rèn)表時對一般間距元器件的開口可以1:1,對要求焊膏量多的大Chip元件以及PLCC的開口面積應(yīng)擴(kuò)大10%。對于引腳間距為0.65mm、0.5mm的QFP等器件,其開口面積應(yīng)縮小10%。但通常在同一塊PCB上既有1.27mm以上一般間距的585.3.4網(wǎng)框尺寸;網(wǎng)框尺寸是根據(jù)印刷機(jī)的框架結(jié)構(gòu)尺寸確定的。一般情況下網(wǎng)框尺寸應(yīng)與印刷機(jī)網(wǎng)框尺寸相同,特殊情況下例如當(dāng)印制板尺寸很小或印刷面積很小時,可以使用小于設(shè)備網(wǎng)框尺寸的小尺寸網(wǎng)框,但設(shè)備必須配有網(wǎng)框適配器,否則不可使用小尺寸網(wǎng)框。舉例:DEK260印刷機(jī)的印刷面積及網(wǎng)框尺寸:a最大PCB尺寸:420mm×450mm;b最大印刷面積:420mm×420mm;c模板邊框尺寸:23英寸×23英寸(584mm×584mm);d邊框型材規(guī)格:25.4mm×38.1mm;e邊框鉆孔尺寸和位置見圖1。圖1DEK260印刷機(jī)模板邊框鉆孔尺寸和位置示意圖5.3.4網(wǎng)框尺寸;59

另外考慮到刮刀起始位置和焊膏流動,在不銹鋼板漏印圖形四圍應(yīng)留有刮刀和焊膏停留的尺寸,一般情況漏印圖形四周與網(wǎng)板粘接膠的邊緣之間至少要留有40mm以上距離,見圖2。具體留多少尺寸應(yīng)根據(jù)不同印刷機(jī)確定。有些印刷機(jī)需要留有65mm。

網(wǎng)框不銹鋼絲網(wǎng)>40mm粘接膠不銹鋼板漏印圖形區(qū)域

圖2漏印圖形位置要求示意圖另外考慮到刮刀起始位置和焊膏流動,在不銹鋼板漏印圖形605.3.5PCB位置指印刷圖形放在模板的什么位置:以PCB外形居中;或以焊盤圖形居中;或有特殊要求,如在同一塊模板上加工兩種以上PCB的圖形等。(a)一般情況下應(yīng)以焊盤圖形居中,以焊盤圖形居中印刷時能選用小尺寸的刮刀,可以節(jié)省焊膏,還可以減少焊膏鋪展面積,從而減少焊膏與空氣接觸面積,有利于防止焊膏中溶劑揮發(fā)。(b)當(dāng)印制板尺寸比較大,而焊盤圖形的位置集中在PCB的某一邊時,應(yīng)采用以PCB外形居中,如果以焊盤圖形居中,印刷時可能會造成印制板超出印刷機(jī)工作臺的工作范圍。5.3.5PCB位置61

c當(dāng)PCB尺寸很小或焊盤圖形范圍很小時,可將雙面板的圖形或幾個產(chǎn)品的漏印圖形加工在同一塊模板上,這樣可以節(jié)省模板加工費。但必須給加工廠提供幾個產(chǎn)品圖形在模板上的布置要求,用文字說明或用示意圖說明,見圖3。兩個產(chǎn)品的圖形間距產(chǎn)品1(10—20mm即可)產(chǎn)品2圖3幾個產(chǎn)品的漏印圖形加工在同一塊模板上示意圖c當(dāng)PCB尺寸很小或焊盤圖形范圍很小時,可將雙面板625.6Mark的處理方式(是否需要Mark,放在模板的哪一面等);模板上的Mark圖形是全自動印刷機(jī)在印刷每一塊PCB前進(jìn)行PCB基準(zhǔn)校準(zhǔn)用的,因此半自動印刷機(jī)模板上不需要制作Mark圖形;全自動印刷機(jī)必須制作Mark圖形,至于放在模板的哪一面,應(yīng)根據(jù)印刷機(jī)具體構(gòu)造(攝象機(jī)的位置)而定。5.3.7是否拼板,以及拼板要求——如果是拼板應(yīng)給出拼板的PCB文件。5.3.8插裝焊盤環(huán)的要求;由于插裝元器件采用再流焊工藝時,比貼裝元器件要求較多的焊膏量,因此如果有插裝元器件需要采用再流焊工藝時,可提出特殊要求。5.3.9測試點的開口要求——根據(jù)設(shè)計要求提出測試點是否需要開口等要求。5.6Mark的處理方式(是否需要Mark,放在模板的哪一635.3.10對焊盤開口尺寸和形狀的修改要求

引腳間距、元件尺寸、焊盤尺寸、模板開口尺寸與模板厚度之間是存在一定關(guān)系的。焊膏的印刷量與模板厚度、開口尺寸成正比,各種元器件對模板厚度與開口尺寸有不同要求,參考表1。

表1各種元器件對模板厚度與開口尺寸要求參考表5.3.10對焊盤開口尺寸和形狀的修改要求

引腳間64

μBGA/CSP、FlipChip采用方形開口比圓形開口的印刷質(zhì)量好。在沒有高密度、窄間距情況下,模板開口寬度與開口面積都比較大,在印刷過程中,刮刀在模板上刮動時,焊膏被擠壓到模板的開孔中,當(dāng)印制板脫離模板的過程中,擠壓到開孔中的焊膏能完全從開孔壁上釋放出來,焊膏流入印制板的焊盤上,形成完整的焊料圖形,因此能保證焊膏的印刷量和焊膏圖形的質(zhì)量。但在高密度、窄間距印刷時,由于開口尺寸極小,在正常的刮刀壓力和移動速度下,焊膏經(jīng)過模板開口處時不能完全、甚至不能從開孔壁上釋放出來與PCB的焊盤接觸,造成漏印或焊膏量不足。雖然增加刮刀壓力和減慢刮刀移動速度能提高印刷質(zhì)量,但這樣做會影響印刷效率,同時也不能完全保證印刷質(zhì)量。μBGA/CSP、FlipChip采用方形開口比圓655.3.10為了正確控制焊膏的印刷量和焊膏圖形的質(zhì)量,高密度、窄間距情況下還必須首先保證模板開口寬度與模板厚度的比率>1.5,模板開口面積與開口四周孔壁面積的比率>0.66(IPC7525標(biāo)準(zhǔn)),這是模板開口設(shè)計最基本的要求,見圖4。

TLW圖4高密度、窄間距印刷時模板開口尺寸基本要求示意圖開口寬度(W)/模板厚度(T)>1.5開口面積(W×L)/孔壁面積[2×(L+W)×T]>0.66(IPC7525標(biāo)準(zhǔn))5.3.10為了正確控制焊膏的印刷量和焊膏圖形的質(zhì)量,高密66

實際生產(chǎn)中,在同一塊印制板上往往有各種不同的元器件,它們對焊膏量的要求也不同。因此,確定了模板厚度以后,針對不同的印制板的具體情況,對焊盤開口形狀和尺寸應(yīng)提出不同的修改要求,例如:a當(dāng)沒有窄間距情況下模板的開口形狀和尺寸與其相對應(yīng)的焊盤相同即可;b當(dāng)使用免清洗焊膏,采用免清洗工藝時,為了提高印刷質(zhì)量,模板的開口尺寸應(yīng)縮小5~10%;c當(dāng)在同一塊PCB上元器件要求焊膏量懸殊比較大時,例如在同一塊PCB上既有1.27mm以上一般間距的元器件,也有窄間距元器件,首先根據(jù)PCB上多數(shù)元器件的的情況決定不銹鋼板厚度,然后根據(jù)PCB上元器件的具體情況應(yīng)說明哪些元件1:1開口;哪些元件需要擴(kuò)大或縮小開口,并給出擴(kuò)大或縮小百分比;實際生產(chǎn)中,在同一塊印制板上往往有各種不同的元器件,67

d適當(dāng)?shù)拈_口形狀可改善貼裝效果,例如當(dāng)Chip元件尺寸小于1005、0603時,由于兩個焊盤之間的距離很小,貼片時兩端焊盤上的焊膏在元件底部很容易粘連,再流焊后很容易產(chǎn)生元件底部的橋接和焊球。因此加工模板時可將一對矩形焊盤開口的內(nèi)側(cè)修改成尖角形或梯形,減少元件底部的焊膏量,這樣可以改善貼片時元件底部的焊膏粘連,見圖5。具體修改方案可參照模板加工廠的“印焊膏模板開口設(shè)計”資料來確定。

矩形焊盤

將焊盤開口內(nèi)側(cè)修改成尖角形或弓形圖5Chip元件模板開口修改方案示意圖d適當(dāng)?shù)拈_口形狀可改善貼裝效果,例如當(dāng)Chip元件尺寸小68窄間距模板開口設(shè)計用鋼板的開口尺寸和形狀來減少印刷缺陷貼片前貼片后易粘連修改方法1修改方法2窄間距模板開口設(shè)計用鋼板的開口尺寸和形狀來減少印刷缺陷貼片前69

0201模板開口設(shè)計ACDBbcedf用鋼板的開口尺寸和形狀來調(diào)整錫量和元件位置 0201模板開口設(shè)計ACDBbcedf用鋼板的開口尺寸和形700201(0.6mm×0.3mm)焊盤設(shè)計模板開口設(shè)計0.260.300.240.150.310.200.150.600.080.230.350.260201(0.6mm×0.3mm)焊盤設(shè)計模板開口設(shè)計0.715.3.11有無電拋光工藝要求電拋光工藝用于開口中心距0.5mm以下的模板,用于去除激光加工的毛刺。當(dāng)引腳間距為0.4mm、0.3mm的QFP和CSP等情況時需要采用電拋光工藝。電拋光工藝不是每個模板加工廠都具備的,如果有此項要求,應(yīng)在加工前與模板加工廠確認(rèn)。5.3.12用途(說明加工的模板用于印刷焊膏還是印刷貼片膠)5.3.13是否需要模板刻字(可以刻PCB板的產(chǎn)品代號、模板厚度、加工日期等信息,不刻透);以上要求可以在“SMT模板制作資料確認(rèn)表”中填寫,有些特殊要求,如在同一塊模板上加工兩種以上PCB的圖形時可以畫示意圖,又如不需要開口的圖形可以打印出含PCB邊框的純貼片元件焊盤圖并在圖上標(biāo)注,也可以用文字說明。5.3.11有無電拋光工藝要求725.4

模板加工廠收到E-Mail和傳真后根據(jù)需方要求發(fā)回“請需方確認(rèn)”的傳真5.5

如有問題再打電話或傳真聯(lián)系,直到需方確認(rèn)后即可加工。5.4模板加工廠收到E-Mail和傳真后根據(jù)需方要求發(fā)回735.6

一般情況3—6天左右(不同加工廠的交貨時間略不同)即可收到由模板加工廠特快專遞寄來的模板。收到模板后應(yīng)檢查模板的加工質(zhì)量,檢查內(nèi)容和方法如下。5.6.1

檢查網(wǎng)框尺寸是否符合要求,將模板平放在桌面上,用手彈壓不銹鋼網(wǎng)板表面,檢查繃網(wǎng)質(zhì)量,繃網(wǎng)越緊印刷質(zhì)量越好。另外還應(yīng)檢查網(wǎng)框四周粘接質(zhì)量。5.6.2舉起模板對光目檢,檢查模板開口的外觀質(zhì)量,有無明顯的缺陷,如開口的形狀、IC引腳相鄰開口之間距離有無異常。5.6一般情況3—6天左右(不同加工廠的交貨時間略不同)745.6.3

用放大鏡或顯微鏡檢查焊盤開口的喇叭口是否向下,開口四周內(nèi)壁是否光滑、有無毛刺,重點檢查窄間距IC引腳開口的加工質(zhì)量;5.6.4

將該產(chǎn)品的印制板放在模板下底面,用模板的漏孔對準(zhǔn)印制板焊盤圖形,檢查圖形是否完全對準(zhǔn),有無多孔(不需要的開口)和少孔(遺漏的開口)。5.7

如果發(fā)現(xiàn)問題,首先應(yīng)檢查是否我方確認(rèn)錯誤,然后檢查是否加工問題,如果發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題,應(yīng)及時反饋給模板加工廠,協(xié)商解決。5.6.3用放大鏡或顯微鏡檢查焊盤開口的喇叭口是否向下,開75第3章核心工藝能力建設(shè)

第3章核心工藝能力建設(shè)76SMT關(guān)鍵工序的工藝控制1.印刷工藝2.貼裝元件工藝3.焊接原理和再流焊工藝SMT關(guān)鍵工序的工藝控制1.印刷工藝77一.施加焊膏工藝一.施加焊膏工藝78施加焊膏是SMT的關(guān)鍵工序施加焊膏是保證SMT質(zhì)量的關(guān)鍵工序。目前一般都采用模板印刷。據(jù)資料統(tǒng)計,在PCB設(shè)計正確、元器件和印制板質(zhì)量有保證的前提下,表面組裝質(zhì)量問題中有60%-80%的質(zhì)量問題出在印刷工藝。施加焊膏是SMT的關(guān)鍵工序施加焊膏是保證SMT質(zhì)79了解印刷原理,提高印刷質(zhì)量了解印刷原理,提高印刷質(zhì)量801.印刷焊膏的原理焊膏和貼片膠都是觸變流體,具有粘性。當(dāng)刮刀以一定速度和角度向前移動時,對焊膏產(chǎn)生一定的壓力,推動焊膏在刮板前滾動,產(chǎn)生將焊膏注入網(wǎng)孔或漏孔所需的壓力,焊膏的粘性摩擦力使焊膏在刮板與網(wǎng)板交接處產(chǎn)生切變,切變力使焊膏的粘性下降,使焊膏順利地注入網(wǎng)孔或漏孔。1.印刷焊膏的原理焊膏和貼片膠都是觸變流體,具81刮板焊膏模板PCBa焊膏在刮板前滾動前進(jìn)b產(chǎn)生將焊膏注入漏孔的壓力c切變力使焊膏注入漏孔

X

YF

刮刀的推動力F可分解為推動焊膏前進(jìn)分力X和將焊膏注入漏孔的壓力Yd焊膏釋放(脫模)圖1-3焊膏印刷原理示意圖SMT質(zhì)量3-1焊膏印刷工序的工藝控制課件82

焊膏在刮板前滾動,才能產(chǎn)生將焊膏注入開口的壓力刮板焊膏

印刷時焊膏填充模板開口的情況脫模焊膏滾動焊膏在刮板前滾動,才能產(chǎn)生將焊膏注入開口的壓力印刷時832.影響焊膏脫模質(zhì)量的因素(a)模板開口尺寸:開口面積B與開口壁面積A比>0.66時焊膏釋放(脫模)順利。

面積比>0.66,焊膏釋放體積百分比>80%面積比<0.5,焊膏釋放體積百分比<60%(b)焊膏黏度:焊膏與PCB焊盤之間的粘合力Fs>焊膏與開口壁之間的摩擦力Ft時焊膏釋放順利。(c)開口壁的形狀和光滑度:開口壁光滑、喇叭口向下或垂直時焊膏釋放順利。2.影響焊膏脫模質(zhì)量的因素(a)模板開口尺寸:開口面積B84圖1-4放大后的焊膏印刷脫模示意圖Fs——焊膏與PCB焊盤之間的粘合力:與開口面積、焊膏黏度有關(guān)Ft——焊膏與開口壁之間的摩檫阻力:與開口壁面積、光滑度有關(guān)A——焊膏與模板開口壁之間的接觸面積;B——焊膏與PCB焊盤之間的接觸面積(開口面積)PCB開口壁面積A開口面積B圖1-485

(a)垂直開口(b)喇叭口向下(c)喇叭口向上易脫模易脫模脫模差圖1-5模板開口形狀示意圖SMT質(zhì)量3-1焊膏印刷工序的工藝控制課件863.刮刀材料、形狀及印刷方式(a)刮刀材料

①橡膠(聚胺酯)刮刀橡膠刮刀有一定的柔性,用于絲網(wǎng)印刷以及模板表面不太平整、例如經(jīng)過減薄處理(有凹面)的模板印刷。橡膠刮刀的硬度:肖氏(shore)75度~85度。

②金屬刮刀金屬刮刀耐磨、使用壽命長(約10萬次,是聚胺酯的10倍左右)。用于平整度好的金屬模板印刷;適宜各種間距、密度的印刷,特別對窄間距、高密度印刷質(zhì)量比較高,而且使用壽命長,應(yīng)用最廣泛。

3.刮刀材料、形狀及印刷方式(a)刮刀材料87

(b)刮刀形狀和結(jié)構(gòu)

橡膠刮刀的形狀有菱形和拖尾形兩種。

菱形刮刀——是將10mm×10mm的方形聚胺脂夾在支架中間,前后呈45°角。菱形刮刀可采用單刮刀作雙向印刷。刮刀在每個行程末端可跳過焊膏。菱形刮刀的焊膏量不易控制,并容易污染刮刀頭。

拖尾形刮刀——一般都采用雙刮刀形式。刮刀的角度一般為45°~60°。(b)刮刀形狀和結(jié)構(gòu)88

RUBMET橡膠刮刀金屬刮刀圖2-7各種不同形狀的刮刀示意圖手動刮刀手動刮刀89(d)印刷方式

①單向印刷(刮刀只能作一個方向印刷)單向印刷時有一塊刮刀是印刷用的,另一塊刮刀是作為回料用的;

②雙向印刷雙向印刷時兩塊刮板進(jìn)行交替往返印刷。(d)印刷方式904.影響印刷質(zhì)量的主要因素

a首先是模板質(zhì)量——模板印刷是接觸印刷,因此模板厚度與開口尺寸確定了焊膏的印刷量。焊膏量過多會產(chǎn)生橋接,焊膏量過少會產(chǎn)生焊錫不足或虛焊。模板開口形狀以及開口是否光滑也會影響脫模質(zhì)量。

b其次是焊膏質(zhì)量——焊膏的黏度、印刷性(滾動性、轉(zhuǎn)移性)、觸變性、常溫下的使用壽命等都會影響印刷質(zhì)量。

c印刷工藝參數(shù)——刮刀速度、刮刀壓力、刮刀與網(wǎng)板的角度以及焊膏的黏度之間都存在一定的制約關(guān)系,因此只有正確控制這些參數(shù),才能保證焊膏的印刷質(zhì)量。4.影響印刷質(zhì)量的主要因素a首先是模板質(zhì)量——模91

d設(shè)備精度方面——在印刷高密度窄間距產(chǎn)品時,印刷機(jī)的印刷精度和重復(fù)印刷精度也會起一定的作用。

e環(huán)境溫度、濕度、以及環(huán)境衛(wèi)生——環(huán)境溫度過高會降低焊膏黏度,濕度過大時焊膏會吸收空氣中的水分,濕度過小時會加速焊膏中溶劑的揮發(fā),環(huán)境中灰塵混入焊膏中會使焊點產(chǎn)生針孔。

(一般要求環(huán)境溫度23±3℃,相對濕度45~70%)d設(shè)備精度方面——在印刷高密度窄間距產(chǎn)品時,印刷機(jī)92從以上分析中可以看出,影響印刷質(zhì)量的因素非常多,而且印刷焊膏是一種動態(tài)工藝。①焊膏的量隨時間而變化,如果不能及時添加焊膏的量,會造成焊膏漏印量少,圖形不飽滿。②焊膏的黏度和質(zhì)量隨時間、環(huán)境溫度、濕度、環(huán)境衛(wèi)生而變化;③模板底面的清潔程度及開口內(nèi)壁的狀態(tài)不斷變化;……從以上分析中可以看出,影響印刷質(zhì)量的因素非常多,935.提高印刷質(zhì)量的措施

(1)加工合格的模板(2)選擇適合工藝要求的焊膏并正確使用焊膏(3)印刷工藝控制5.提高印刷質(zhì)量的措施(1)加工合格的模板94(1)加工合格的模板

模板厚度與開口尺寸基本要求:(IPC7525標(biāo)準(zhǔn))TW

L

寬厚比:開口寬度(W)/模板厚度(T)>1.5

面積比:開口面積(W×L)/孔壁面積[2×(L+W)×T]>0.66

SMT質(zhì)量3-1焊膏印刷工序的工藝控制課件95蝕刻鋼板:過度蝕刻或蝕刻不足過度蝕刻開口變大蝕刻不足開口變小蝕刻鋼板:過度蝕刻或蝕刻不足過度蝕刻蝕刻不足96孔壁粗糙影響焊膏釋放窄間距時可采用激光+電拋光工藝孔壁粗糙影響焊膏釋放窄間距時可采用激光+電拋光工藝97模板開口方向與刮刀移動方向與刮刀移動方向垂直的模板開口,因刮刀通過的時間短,焊膏難以被填入,常造成焊膏量不足。因此,為了使與刮刀移動方向垂直與平行的模板開口的焊膏量相等,應(yīng)加大垂直方向的模板開口尺寸。模板開口長度方向與刮刀移動方向垂直模板開口長度方向與刮刀移動方向平行平行垂直模板開口方向與刮刀移動方向與刮刀移動方向垂直的模98(2)焊膏的選擇方法

不同的產(chǎn)品要選擇不同的焊膏。(a)根據(jù)產(chǎn)品本身的價值和用途,高可靠產(chǎn)品選擇高質(zhì)量的焊膏。(b)根據(jù)PCB和元器件存放時間和表面氧化程度選擇焊膏的活性。一般采用RMA級;高可靠性產(chǎn)品選擇R級;PCB、元器件存放時間長,表面嚴(yán)重氧化,應(yīng)采用RA級,焊后清洗。(c)根據(jù)組裝工藝、印制板、元器件的具體情況選擇合金組分。一般鍍鉛錫印制板采用63Sn/37Pb;鈀金或鈀銀厚膜端頭和引腳可焊性較差的元器件、要求焊點質(zhì)量高的印制板采用62Sn/36Pb/2Ag;水金板一般不要選擇含銀的焊膏;(金與焊料中的錫形成金錫間共價化合物AuSn4,焊料中金的含量超過3%會使焊點變脆,用于焊接的金層厚度≤1μm。)(2)焊膏的選擇方法99(d)根據(jù)產(chǎn)品對清潔度的要求來選擇是否采用免清洗。免清洗工藝要選用不含鹵素或其它強(qiáng)腐蝕性化合物的焊膏;高可靠、航天、軍工、儀器儀表以及涉及生命安全的醫(yī)用器材要采用水清洗或溶劑清洗的焊膏,焊后必須清洗干凈。(e)BGA和CSP一般都需要采用高質(zhì)量的免清洗焊膏;(f)焊接熱敏元件時,應(yīng)選用含鉍的低熔點焊膏。(d)根據(jù)產(chǎn)品對清潔度的要求來選擇是否采用免清洗。100(g)根據(jù)PCB的組裝密度(有無窄間距)來選擇合金粉末顆粒度。常用焊膏的合金粉末顆粒尺寸分為四種粒度等級,窄間距時一般選擇20—45μm。

SMD引腳間距和焊料顆粒的關(guān)系>38μm的顆粒應(yīng)少于1%20~384>45μm的顆粒應(yīng)少于1%25~453>75μm的顆粒應(yīng)少于1%45~752<20μm微粉顆粒應(yīng)少于10%>150μm的顆粒應(yīng)少于1%75~1501微粉顆粒要求大顆粒要求80%以上合金粉末顆粒尺寸(μm)合金粉末類型(g)根據(jù)PCB的組裝密度(有無窄間距)來選擇合金粉末顆粒度101焊膏的合金粉末顆粒尺寸與印刷性的關(guān)系

焊膏的合金粉末顆粒尺寸直接影響填充性和脫膜性

細(xì)小顆粒的焊膏印刷性比較好,特別對于高密度、窄間距的產(chǎn)品,由于模板開口尺寸小,必須采用小顆粒合金粉末,否則會影響印刷性和脫摸性。小顆粒合金粉的優(yōu)點:印刷性好,印刷圖形的清晰度高。缺點:易塌邊,表面積大,易被氧化。焊膏的合金粉末顆粒尺寸與印刷性的關(guān)系102合金粉末顆粒直徑選擇原則a焊料顆粒最大直徑≤模板最小開口寬度的1/5;b圓形開口時,焊料顆粒最大直徑≤開口直徑的1/8。長方形圓形開口c模板開口厚度(垂直)方向,最大顆粒數(shù)應(yīng)≥3個。焊膏焊盤PCB

合金粉末顆粒直徑選擇原則a焊料顆粒最大直徑≤模板最小開口寬103(h)合金粉末的形狀也會影響焊膏的印刷性和脫膜性球形顆粒的特點:焊膏粘度較低,印刷性好。球形顆粒的表面積小,含氧量低,有利于提高焊接質(zhì)量,但印刷后焊膏圖形容易塌落。適用于高密度窄間距的模板印刷,滴涂工藝。目前一般都采用球形顆粒。不定形顆粒的特點:合金粉末組成的焊膏粘度高,印刷后焊膏圖形不易塌落,但印刷性較差。不定形顆粒的表面積大,含氧量高,影響焊接質(zhì)量和焊點亮度。只適用于組裝密度較低的場合。因此目前一般都不采用不定形顆粒??捎糜诖┬碾娙莸容^大焊接點場合。(h)合金粉末的形狀也會影響焊膏的印刷性和脫膜性104(i)根據(jù)施加焊膏的工藝以及組裝密度選擇焊膏的黏度

例如模板印刷工藝應(yīng)選擇高黏度焊膏、點膠工藝選擇低黏度焊膏,高密度印刷要求高黏度。焊膏粘度(i)根據(jù)施加焊膏的工藝以及組裝密度選擇焊膏的黏度105粘度

焊膏是一種觸變性流體,在外力的作用下能產(chǎn)生流動。粘度是焊膏的主要特性指標(biāo),它是影響印刷性能的重要因素:粘度太大,焊膏不易穿出模板的漏孔,印出的圖形殘缺不全。粘度太小,印刷后焊膏圖形容易塌邊。

影響焊膏粘度的主要因素:①合金焊料粉的百分含量:(合金含量高,粘度就大;焊劑百分含量高,粘度就小。)②粉末顆粒度(顆粒大,粘度減?。活w粒減小,粘度增加)③溫度(溫度增加,粘度減?。粶囟冉档?,粘度增加)粘度106(a)合金焊料粉含量與黏度的關(guān)系(b)溫度對黏度的影響(c)合金粉末粒度對黏度的影響η粘度η粘度η粘度合金粉末含量(wt%)T(℃)粒度(μm)(a)(b)(c)

(a)合金焊料粉含量與黏度的關(guān)系ηηη合金粉末含量(w107觸變指數(shù)和塌落度

焊膏是觸變性流體,焊膏的塌落度主要與焊膏的粘度和觸變性有關(guān)。觸變指數(shù)高,塌落度??;觸變指數(shù)低,塌落度大。影響觸變指數(shù)和塌落度主要因素:①合金焊料與焊劑的配比,即合金粉末在焊膏中的重量百分含量;②焊劑載體中的觸變劑性能和添加量;③顆粒形狀、尺寸。觸變指數(shù)和塌落度108工作壽命和儲存期限

工作壽命是指在室溫下連續(xù)印刷時,焊膏的粘度隨時間變化小,焊膏不易干燥,印刷性(滾動性)穩(wěn)定;同時焊膏從被涂敷到PCB上后到貼裝元器件之前保持粘結(jié)性能;再流焊不失效。一般要求在常溫下放置12~24小時,至少4小時,其性能保持不變。儲存期限是指在規(guī)定的保存條件下,焊膏從生產(chǎn)日期到使用前性能不嚴(yán)重降低,能不失效的正常使用之前的保存期限,一般規(guī)定在2~10℃下保存一年,至少3~6個月。工作壽命和儲存期限109(2)焊膏的正確使用與管理a)必須儲存在5~10℃的條件下;b)要求使用前一天從冰箱取出焊膏(至少提前2小時),待焊膏達(dá)到室溫后才能打開容器蓋,防止水汽凝結(jié);c)使用前用不銹鋼攪拌棒將焊膏攪拌均勻,攪拌棒一定要清潔;d)添加完焊膏后,應(yīng)蓋好容器蓋;e)免清洗焊膏不能使用回收的焊膏,如果印刷間隔超過1小時,須將焊膏從模板上拭去。將焊膏回收到當(dāng)天使用的容器中;f)印刷后盡量在4小時內(nèi)完成再流焊。g)免清洗焊膏修板后不能用酒精檫洗;h)需要清洗的產(chǎn)品,再流焊后應(yīng)當(dāng)天完成清洗;i)印刷操作時,要求拿PCB的邊緣或帶手套,以防污染PCB。j)回收的焊膏與新焊膏要分別存放(2)焊膏的正確使用與管理110攪拌前攪拌后攪拌前攪拌后111(3)印刷工藝控制

①圖形對準(zhǔn)——通過人工對工作臺或?qū)δ0遄鱔、Y、θ的精細(xì)調(diào)整,使PCB的焊盤圖形與模板漏孔圖形完全重合。

②刮刀與網(wǎng)板的角度——角度越小,向下的壓力越大,容易將焊膏注入漏孔中,但也容易使焊膏污染模板底面,造成焊膏圖形粘連。一般為45~60°。目前自動和半自動印刷機(jī)大多采用60°。(3)印刷工藝控制112③焊膏的投入量(滾動直徑)

焊膏的滾動直徑∮h

≈9~15mm較合適?!觝過小不利于焊膏漏?。ㄓ∷⒌奶畛湫裕觝過大,過多的焊膏長時間暴露在空氣中不斷滾動,對焊膏質(zhì)量不利。

焊膏的投入量應(yīng)根據(jù)刮刀的長度加入。根據(jù)PCB組裝密度(每快PCB的焊膏用量),估計出印刷100快還是150快添加一次焊膏。刮刀運動方向∮h焊膏高度(滾動直徑)③焊膏的投入量(滾動直徑)∮h焊膏高度(滾動直徑)113

④刮刀壓力——刮刀壓力也是影響印刷質(zhì)量的重要因素。刮刀壓力實際是指刮刀下降的深度,壓力太小,可能會發(fā)生兩種情況:第①種情況是由于刮刀壓力小,刮刀在前進(jìn)過程中產(chǎn)生的向下的Y分力也小,會造成漏印量不足;第②種情況是由于刮刀壓力小,刮刀沒有緊貼模板表面,印刷時由于刮刀與PCB之間存在微小的間隙,因此相當(dāng)于增加了印刷厚度。另外壓力過小會使模板表面留有一層焊膏,容易造成圖形粘連等印刷缺陷。因此理想的刮刀壓力應(yīng)該恰好將焊膏從模板表面刮干凈。④刮刀壓力——刮刀壓力也是影響印刷質(zhì)量的重要因素。刮114金屬刮刀的壓力應(yīng)比橡膠刮刀的壓力大一些,一般大1.2~1.5倍。橡膠刮刀的壓力過大,印刷時刮刀會壓入開口中,造成印刷量減少,特別是大尺寸的開口。因此加工模板時,可將大開口中間加一條小筋。注意:緊固金屬刮刀時,緊固程度要適當(dāng)。用力過大由于應(yīng)力會造成刮刀變形,影響刮刀壽命。金屬刮刀的壓力應(yīng)比橡膠刮刀的壓力大一些,一般大1.2115金屬刮刀橡膠刮刀金屬刮刀橡膠刮刀116新型封裝MLF散熱焊盤的模板開口設(shè)計再流焊時,由于熱過孔和大面積散熱焊盤中的氣體向外溢出時容易產(chǎn)生濺射、錫球和氣孔等各種缺陷,減小焊膏覆蓋面積可以得到改善。對于大面積散熱焊盤,模板開口應(yīng)縮小20~50%。焊膏覆蓋面積50~80%較合適。新型封裝MLF散熱焊盤的模板開口設(shè)計再流焊時,由于熱過孔和大117

⑤印刷速度——由于刮刀速度與焊膏的粘稠度呈反比關(guān)系,有窄間距,高密度圖形時,速度要慢一些。速度過快,刮刀經(jīng)過模板開口的時間太短,焊膏不能充分滲入開口中,容易造成焊膏圖形不飽滿或漏印的印刷缺陷。

在刮刀角度一定的情況下,印刷速度和刮刀壓力存在一定的關(guān)系,降速度相當(dāng)于增加壓力,適當(dāng)降低壓力可起到提高印刷速度的效果。⑤印刷速度——由于刮刀速度與焊膏的粘稠度呈反比關(guān)系,118⑥網(wǎng)板(模板與PCB)分離速度有窄間距、高密度圖形時,網(wǎng)板分離速度要慢一些。為了提高窄間距、高密度印刷質(zhì)量,日立公司推出“加速度控制”方法——隨印刷工作臺下降行程,對下降速度進(jìn)行變速控制。⑥網(wǎng)板(模板與PCB)分離速度119模板與PCB分離速度分離速度增加時,模板與PCB間變成負(fù)壓,焊膏與焊盤的凝聚力小,使部分焊膏粘在模板底面和開口壁上,造成少印和粘連。分離速度減慢時,PCB與模板間的負(fù)壓變小,焊膏的凝聚力大,而使焊膏很容易脫離模板開口壁,印刷狀態(tài)良好。模板分離PCB的速度2mm/s以下為宜。卷入殘留焊膏大氣壓負(fù)壓模板分離粘著力凝聚力模板與PCB分離速度分離速度增加時,模板與PCB間變成負(fù)壓,120⑦清洗模式和清洗頻率——經(jīng)常清洗模板底面也是保證印刷質(zhì)量的因素。應(yīng)根據(jù)焊膏、模板材料、厚度及開口大小等情況確定清洗模式和清洗頻率。(1濕1干或2濕1干等,印20塊清洗一次或印1塊清洗一次等)模板污染主要是由于焊膏從開口邊緣溢出造成的。如果不及時清洗,會污染PCB表面,模板開口四周的殘留焊膏會變硬,嚴(yán)重時還會堵塞開口。手工清洗時,順開口長度方向效果較好。⑦清洗模式和清洗頻率——經(jīng)常清洗模板底面也是保證印刷質(zhì)量的121⑧建立檢驗制度必須嚴(yán)格首件檢驗。有BGA、CSP、高密度時每一塊PCB都要檢驗。一般密度時可以抽檢。印刷焊膏取樣規(guī)則批次范圍取樣數(shù)量不合格品的允許數(shù)量1~500130501~32005013201~1000080210001~350001253⑧建立檢驗制度印刷焊膏取樣規(guī)則取樣數(shù)量不合格品的允許數(shù)量1~122印刷缺陷舉例少印粘連塌邊錯位印刷缺陷舉例少印粘連塌邊錯位123

表1不良品的判定和調(diào)整方法表1不良品的判定和調(diào)整124

125

6SMT不銹鋼激光模板制作外協(xié)程序及工藝要求

印刷模板,又稱漏板、鋼板,它是用來定量分配焊膏,是保證焊膏印刷質(zhì)量的的關(guān)鍵工裝。金屬模板的制造方法:(1)化學(xué)腐蝕法(減成法)——錫磷青銅、不銹鋼板。(2)激光切割法——不銹鋼、高分子聚脂板。(3)電鑄法(加成法)——鎳板。6SMT不銹鋼激光模板制作外協(xié)程序及工藝要求1260201、0.3mmQFP、CSP等器件1.價格昂貴2.制作周期長1.尺寸精度高2.窗口形狀好3.孔壁光滑鎳電鑄法0.5mmQFP、BGA、CSP等器件1.價格較高2.孔壁有時會有毛刺,需化學(xué)拋光加工1.尺寸精度高2.窗口形狀好3.孔壁較光潔不銹鋼高分子聚脂激光法0.65mmQFP以上的器件1.窗口圖形不夠好2.孔壁不光滑3.模板尺寸不宜過大價廉錫磷青銅易加工錫磷青銅不銹鋼化學(xué)腐蝕法適用對象缺點優(yōu)點基材方法三種制造方法的比較0201、1.價格昂貴1.尺寸精度高鎳電鑄法0.5mmQFP127

在表面組裝技術(shù)中,焊膏的印刷質(zhì)量直接影響表面組裝板的加工質(zhì)量。在焊膏印刷工藝中不銹鋼模板的加工質(zhì)量又直接影響焊膏的印刷質(zhì)量,模板厚度與開口尺寸決定了焊膏的印刷量。而不銹鋼激光模板均需要通過外協(xié)加工制作,因此在外協(xié)加工前必須正確填寫“激光模板加工協(xié)議”和“SMT模板制作資料確認(rèn)表”,選擇恰當(dāng)?shù)哪0搴穸群驮O(shè)計開口尺寸等參數(shù),以確保焊膏的印刷質(zhì)量。在表面組裝技術(shù)中,焊膏的印刷質(zhì)量直接影響表面128下面介紹不銹鋼激光模板制作的外協(xié)程序及模板制作工藝要求中各種參數(shù)的確定方法:8.4.1向模板加工廠索取“激光模板加工協(xié)議”和“SMT模板制作資料確認(rèn)表目前國內(nèi)不銹鋼激光模板加工廠主要有以下幾個廠家:*深圳允升吉電子有限公司(聯(lián)系電話北京四方利華科技發(fā)展有限公司(聯(lián)系電話*深圳光韻達(dá)實業(yè)有限公司(聯(lián)系電話*深圳光宏電子有限公司(聯(lián)系電話*臺灣正中印刷器材有限公司(天津聯(lián)系電下面介紹不銹鋼激光模板制作的外協(xié)程序及模板制作工藝要求中各種1295.2給模板加工廠發(fā)E-Mail(用CAD軟盤)或郵寄膠片5.2.1要求E-Mail傳送的文件:a純貼片的焊盤層(PADS);b與貼片元件的焊盤相對應(yīng)的絲印層(SILK);c含PCB邊框的頂層(TOP);d如果是拼板,需給出拼板圖;5.2.2郵寄黑白膠片的要求(當(dāng)沒有CAD文件時,可以郵寄黑白膠片)a含PCB邊框純貼片的焊盤層(PADS)黑白膠片,如果是拼板,需給出拼板膠片。b必須注明印刷面5.2給模板加工廠發(fā)E-Mail(用CAD軟盤)或郵寄膠片1305.3按照模板加工廠的要求填寫“激光模板加工協(xié)議”和“SMT模板制作資料確認(rèn)表”,并傳真給模板加工廠,還可以打電話說明加工要求?!癝MT模板制作資料確認(rèn)表”填寫方法(即模板制作工藝要求的確定方法):5.3.1確認(rèn)印刷面;模板加工時要求喇叭口向下,有利于印刷后焊膏脫模,以保證印刷的焊膏圖形完整,邊緣清晰,從而提高印刷質(zhì)量。因此要求與模板加工廠確認(rèn)印刷面。(如果喇叭口向上,脫模時容易從倒角處帶出焊膏,使焊膏圖形不完整)。確認(rèn)方法:將含PCB邊框的頂層(TOP)或絲印層(SILK)的圖形發(fā)傳真給對方,在確認(rèn)表上確認(rèn)該面是否印刷面。也可在圖紙上標(biāo)明該面是否印刷面。5.3.2確認(rèn)焊盤圖形是否正確——如有不需要開口的圖形,應(yīng)在確認(rèn)表上確認(rèn),并在傳真的圖紙上注明。5.3按照模板加工廠的要求填寫“激光模板加工協(xié)議”和“SM1315.3.3.模板的厚度;模板印刷是接觸印刷,印刷時不銹鋼模板的底面接觸PCB表面,因此模板的厚度就是焊膏圖形的厚度,模板厚度是決定焊膏量的關(guān)鍵參數(shù),因此必須正確選擇模板厚度。另外,可以通過適當(dāng)修改開口尺寸來彌補(bǔ)不同元器件對焊膏量的不同需求??傊0宓暮穸扰c開口尺寸決定了焊膏的印刷量。模板厚度應(yīng)根據(jù)印制板組裝密度、元器件大小、引腳(或焊球)之間的間距進(jìn)行確定。大的Chip元件以及PLCC要求焊膏量多一些,則模板厚度厚一些;小的Chip元件以及窄間距QFP和窄間距BGA(μBGA)、CSP要求焊膏量少一些,則模板厚度薄一些。0.12~0.106030.30.15~0.120.65,0.51608,10050.21.27-0.83216,2125不銹鋼板厚度(mm)SMD引腳間距(mm)Chip元件尺寸5.3.3.模板的厚度;0.12~0.1132

但通常在同一塊PCB上既有1.27mm以上一般間距的元器件,也有窄間距元器件,1.27mm以上間距的元器件需要0.2mm厚,窄間距的元器件需要0.15—0.1mm厚,這種情況下可根據(jù)PCB上多數(shù)元器件的的情況決定不銹鋼板厚度,然后通過對個別元器件焊盤開口尺寸的擴(kuò)大或縮小進(jìn)行調(diào)整焊膏的漏印量。如果在同一塊PCB上元器

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