SMT-02-07-印刷制程設(shè)計(jì)課件

SMT-02-07-印刷制程設(shè)計(jì)產(chǎn)品特性(2)基板尺寸必須了解產(chǎn)品基板尺寸才能選擇適合的印刷設(shè)備基板尺寸越大，印刷越困難，需要適合的固定方式才能穩(wěn)定的生產(chǎn)產(chǎn)能需求知道產(chǎn)品的產(chǎn)能需求才能選擇適合速度的印刷設(shè)備及錫膏類型印刷作業(yè)需求的CycleTime將對整體的印刷製程設(shè)計(jì)佔(zhàn)重大的影響印刷設(shè)備產(chǎn)品特性錫膏選擇鋼板配合設(shè)計(jì)設(shè)定印刷參數(shù)設(shè)定人工作業(yè)方式選擇適用設(shè)備穩(wěn)定的印刷作業(yè)印刷設(shè)備選擇PrintingmachineStencilKindThicknessEtchingLasercutElectro-formAperturedesignSqueegeeMetalbladeSwardtypeSquaretypeFlattypeRubberPrinterparametersSnap-offdistanceStencilseparationspeedSqueegeepressureSqueegeetravelspeedOn-contactOff-contactCleaningfrequencyStencilpositioningaccuracyPrintingenvironment(temp.,humidity)刮刀式印刷設(shè)備MPMAP25全自動印刷機(jī)錫膏印刷紅膠印刷擠壓式印刷設(shè)備膠質(zhì)刮刀類型差異膠質(zhì)刮刀類型並沒有說哪一種是最好的，但是刮刀角度是直接影響錫膏在印刷中滾動的因素。劍型刮刀的角度在70~80°之間，直接作用力是最弱的，適合於低黏度錫膏。平面型刮刀的角度在50~70°之間，適用範(fàn)圍寬廣。方形刮刀的角度為45°，填充壓力最大，適合於高黏度錫膏。Squaretype45°50～70°Flattype70～80°Swardtype錫膏選擇產(chǎn)品特性錫膏選擇鋼板配合設(shè)計(jì)設(shè)定印刷參數(shù)設(shè)定人工作業(yè)方式選擇適用設(shè)備穩(wěn)定的印刷作業(yè)錫膏基本標(biāo)注資料SolderpasteFluxParticleshapeFluxcontentSolidscontentThixotropyViscosity

SolderpowderParticledistributionSolventevaporationrate生產(chǎn)階段各項(xiàng)要因生產(chǎn)階段影響的要因儲存特質(zhì)穩(wěn)定度(黏度、銲錫性等)印刷微間距印刷、鋼板壽命、印刷停頓時(shí)間、滾動特質(zhì)、與刮刀分離性、印刷速度、黏度變化、鋼板孔壁阻礙、印刷模糊著裝維持黏滯時(shí)間、黏滯力、抗坍塌性回銲空銲、錫橋(短路)、錫珠、微錫球、墓碑、潤濕性檢驗(yàn)?zāi)恳暻鍧嵍?助銲劑殘留)、ICT測試性清潔目視清潔度(助銲劑殘留)、離子污染註：到目前為止還沒有任何一種錫膏能夠完全滿足上述要求。儲存→印刷→著裝→回銲→檢驗(yàn)→清潔免洗型錫膏組成SolderpasteAlloy/powderEutectic

Non-eutecticSn63Pb37Sn62Pb36Ag2OthersFluxmedium

Solvent

SolidsRosinsActivatorsThixotropicmaterials銲錫粉末合金製造在5m高和3m寬的粉末合金製造槽中填充氮?dú)狻捻敹说谷肴谌鄣暮辖?，落在旋轉(zhuǎn)的圓盤上藉由離心力甩出。影響甩出粒徑的因素有銲錫落下速度、轉(zhuǎn)盤速度、氧氣密度、測定錫形、含氧分布等。最後將成型的粉末合金經(jīng)篩選機(jī)篩選出需要的大小，其餘回收再使用。MonitorcameraMoltensolderOxygendensimeterSolderpowderrecoverytank粉末粒徑大小影響粒徑分布影響錫膏的流變性和印刷性，如滾動狀態(tài)、脫模性和抗坍塌性等等。粒徑小於20um時(shí)，表面積大，含氧量高，易氧化而影響銲錫性。粒子外型以真圓為最佳，印刷時(shí)不易產(chǎn)生不規(guī)則排列影響印刷性，回銲時(shí)容易接合。HighLow粉末合金形狀的影響印刷間距越小時(shí)，使用的顆粒也必須越小才能提供適當(dāng)?shù)挠∷⑿?。錫膏使用的粉末合金以使用真圓形狀最佳，助銲劑可均勻分在其表面，同時(shí)可降低印刷中不必要的阻力。不規(guī)則形狀的粉末合金在印刷時(shí)含錫量不固定，融熔接合狀況不理想，無法確保印刷的穩(wěn)定性，可能帶來不預(yù)期的空銲或短路現(xiàn)象。IrregularshapesolderparticleSphericalsolderparticle錫膏中助銲劑功用消除基材上的氧化膜助銲劑藉由化學(xué)融合將電子元件、PCB銲墊、錫膏中錫球表面上的氧化膜去除。預(yù)防再氧化PCB銲墊、元件和錫膏中錫球在回銲過程中暴露於高溫環(huán)境下很容易再次快速氧化，此時(shí)藉由助銲劑中的固體成分軟化成液狀覆蓋於金屬表面避免氧化。降低銲錫表面張力增加潤濕性助銲劑可暫時(shí)降低液狀銲錫的表面張力，幫助銲錫接觸面積與PCB銲墊和元件擴(kuò)展。提供適當(dāng)?shù)酿ざ扰c流變性以利印刷讓顆粒狀的粉末合金成為膏狀的流體，提供適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合性將分散的顆粒聚合在一起以利印刷。助銲劑中松香作用主成分種類擔(dān)當(dāng)特性Rosin(松香)WWrosinRosinhydrideDisproportionatedrosinPolymerizedrosinPhenoldenaturedrosin

Esterdenaturedrosin

Printability(印刷性)Solderability(銲錫性)Slumpresistivity(抗坍塌性)Tackiness(黏著度)Colorofresidue(殘留物顏色)ICTtestability(ICT測試性)松香在預(yù)熱階段就會軟化披覆在基材表面，軟化溫度點(diǎn)在80~130℃左右。錫膏中使用一般以天然松香為主，視其軟化溫度點(diǎn)、活化強(qiáng)度、色澤決定使用的種類。為了控制其工作特性和殘留物特性通常使用2~3種松香混合使用。助銲劑中活化劑作用活化劑的種類決定移除基材上氧化膜力量的強(qiáng)度。隨著松香的軟化與液化，活化劑潤濕金屬的表面並與氧化膜起化學(xué)作用?；罨瘎┲苯佑绊戨姎庑刨囆院突瘜W(xué)信賴性。主成分種類擔(dān)當(dāng)特性Activator(活化劑)Aminehydrochloride(溴化氫胺)Halide(鹵化物)Organicacids(有機(jī)酸)Etc.(其他等等)Activationstrength(活化強(qiáng)度)Reliability(信賴性)Shelflife(使用壽命)助銲劑中抗垂流劑的作用抗垂流劑幫助錫膏在印刷過程中抵抗剪應(yīng)力，並且在印刷上銲墊後恢復(fù)黏度。鋼板脫模時(shí)使錫膏平滑地脫離孔壁，增進(jìn)印刷性。主成分種類擔(dān)當(dāng)特性ThixotropicAgent(抗垂流劑)Honeywax(蜜蠟)Casteroilhydride(油狀氫化物)Aliphaticamide(脂肪氨基化合物)Etc.(其他等等)Printability(印刷性)Viscosity(黏度)Thixotropicindex(搖溶指數(shù))Slumpresistivity(抗坍塌性)Odor(色澤)Cleanability(清潔度)助銲劑中溶劑的作用視溶劑的沸點(diǎn)和蒸發(fā)率變化的狀況，可決定錫膏開瓶後印刷在銲墊上的有效黏著時(shí)間和坍塌特性。溶劑必須使用高沸點(diǎn)液體，避免迴銲過程未蒸發(fā)完的液體產(chǎn)生急速變化。主成分種類擔(dān)當(dāng)特性Solvent(溶劑)Glycolether(乙二醇乙醚)Polyhydricalcohol

(多面體醇類)Etc.(其他等等)Stencillife(鋼板上暫存壽命)Tacktime(黏著時(shí)間)Slumpresistivity(抗坍塌性)Odor(色澤)錫膏使用的選擇GoodsolderabilityFinepitchprintabilityContinualprintabilitytype

StencilidletimeGoodworkabilityHighreliabilityTackinessSlumpresistivityWettabilityElectromigrationPrintspeedtype

StencillifeGoodprintabilitySolderballSIRCorrosionIonicresidueInspectionFluxresidueICTtestability12345信賴性(1/2)SIR-表面絕緣阻抗(Surfaceinsulationresistance)如右圖測試基板，依據(jù)IPC-TM650測試方法，在測試板上印刷錫膏並且經(jīng)過迴銲，在85℃85%RH的環(huán)境下經(jīng)過不同的時(shí)間分別量測兩迴路間的阻抗值必須大於1012Ω方為合格。Electromigration-電子遷移電子遷移是電子位移導(dǎo)致兩線路間(陰陽極)金屬長晶產(chǎn)生數(shù)枝狀線路導(dǎo)致偶發(fā)性短路，如右下圖所示，因電子遷移導(dǎo)致線路長晶。CombtypeelectrodeType-ⅡWidthofconductor0.318mmConductorspacing0.318mmOverlaplength15.75mm在免洗製程中，助銲劑的殘留物會留在基板表面，為避免對基板產(chǎn)生腐蝕等破壞性，必須做信賴性實(shí)驗(yàn)。信賴性(2/2)Corrosion–銅鏡腐蝕如右圖所示，在光滑的銅鏡上印刷上錫膏迴銲後經(jīng)不同環(huán)境處理觀察外觀是否有腐蝕現(xiàn)象，左側(cè)圖為無腐蝕，右側(cè)圖可看到銅鏡被腐蝕後產(chǎn)生表面黑色斑點(diǎn)。離子含量當(dāng)助銲劑殘留物中有離子殘留時(shí)，遇到空氣潮濕的環(huán)境便會產(chǎn)生酸性物質(zhì)對基板產(chǎn)生腐蝕。測量時(shí)將基板浸泡在去離子純水溶液或醇酒精溶液裡浸濕後量測期NaCl含量來計(jì)算離子含量，按照Milstandard標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)小於3.1μg/cm2。NocorrosionCorrosionwithblackspotsCopperplatecorrosiontest銲錫性(1/4)潤銲性(Wettability)潤銲性指銲錫潤濕沾附被焊接物表面的能力。沾錫力量的平衡可用右式表示：ΥA=ΥB+ΥCCOSθΥA為表面張力ΥB為銲錫和作用表面間張力ΥC為銲錫表面張力θ為沾錫角度。ΥA即為實(shí)際上形成銲錫沾濕表面的作用力，ΥA越大時(shí)潤銲性就越強(qiáng)。ΥAΥCΥBθ銲錫θθθθ=0°Perfectwetting0°<θ<90°Partialwetting90°

<θ<180°Nonwettingθ=180°Dewetting銲錫性(2/4)焊接完成後銲錫性的區(qū)分以沾錫角θ來定義。

θ=0°時(shí)為銲錫性最佳狀態(tài)。0°<θ<90°時(shí)為次。90°<θ<180°時(shí)為空銲(不潤濕)。θ=180°時(shí)為拒銲(無法潤濕)。銲錫性(3/4)潤銲性差異潤銲性差異從QFP元件腳端吃錫高度判別最為明顯下圖材料為QFP0.65mmpitch100pins，接腳材質(zhì)Fe/NiwithSn/Pbplating前腳端吃錫高度50%前腳端吃錫高度100%後腳跟吃錫不足後腳跟吃錫飽滿銲錫性(4/4)微錫球粉末合金生產(chǎn)時(shí)若未控制好環(huán)境條件，易導(dǎo)致錫粉氧化，使銲接時(shí)聚合效果不佳，銲點(diǎn)旁可看見細(xì)微的小錫珠。測試時(shí)需驗(yàn)證印刷後1小時(shí)及印刷後24小時(shí)銲接結(jié)果。印刷後1小時(shí)銲接印刷後24小時(shí)銲接工作性-印刷停頓時(shí)間印刷時(shí)各片中的停頓時(shí)間，依錫膏的流變性不同會產(chǎn)生不同的影響。除了溫度升高時(shí)黏度會下降外，流體速度提高時(shí)，黏度也會下降。相對的錫膏在印刷時(shí)的黏度也會下降，此時(shí)錫膏容易產(chǎn)生滾動利於將錫膏填入鋼板的開孔中，印刷停止時(shí)黏度會上升使刷好的錫膏易於成型。停頓時(shí)間的長短取決於產(chǎn)品的特性與設(shè)備的配置，選擇不合適錫膏時(shí)會產(chǎn)生長時(shí)間印刷後錫膏像流水似的攤開無法成型，或者是錫膏越趨硬化無法印刷的情形。18×1046432×1031Viscosity(Ps)3530252015Temp.(°C)溫度vs.黏度工作性-錫膏在剛板上的壽命在印刷過程中，錫膏的工作特性會產(chǎn)生變化。錫膏是否適合繼續(xù)印刷取決於黏度是否合適，助銲劑中的溶劑會隨著空氣中暴露時(shí)間而揮發(fā)，導(dǎo)致黏度逐漸上升，但長時(shí)間的印刷同時(shí)又導(dǎo)致黏度下降。(A)ReplenishmentoffreshsolderpasteViscosity(Ps)Time(hour)②①②③①②Stirring工作性-Tacktime與黏著力Tacktime指印刷後可停放多少時(shí)間仍能保持錫膏外型且貼片後錫膏不會坍塌，Tacktime長短取決於溶劑揮發(fā)速率。Tackforce黏著力主要在驗(yàn)證貼片時(shí)，元件貼放在錫膏上時(shí)，可保持適當(dāng)黏著力，PCB移動時(shí)元件仍能保持在位置上。測試黏著力時(shí)，使用如上圖的測試設(shè)備，測試Pin以負(fù)載50gf力量壓入錫膏內(nèi)停留0.2sec後向上拉，量測錫膏的黏著力量，反覆進(jìn)行100次取平均值。建議黏著力對單顆零件應(yīng)超過100gf。MalcomTackinesstesterLoad50gfTensilestrength=Tackforce0.2sec.Pullupat100mm/sec.工作性-抗坍塌性抗坍塌性抗坍塌性指印刷錫膏後，擺放長時(shí)間後能夠保持外型不坍塌。測試時(shí)使用下列開孔形狀鋼板進(jìn)行錫膏印刷，再不同的溫度和時(shí)間過程後觀測是否坍塌。印刷性FinePitch印刷性指錫粉顆粒及體積比的特性是否容易印刷微腳距元件連續(xù)印刷性指連續(xù)不擦拭印刷可維持幾片印刷不短路速度類型指錫膏是屬於高速印刷或中速印刷類型0.4mmpitch(30thprint)0.4mmpitch(30thprint)MBGA0.35mmdia.(30thprint)銲錫檢驗(yàn)助焊劑殘留助焊劑的的固體含量在焊接後全部會殘留在機(jī)板的表面，主要影響板面外觀的潔淨(jìng)程度。ICT測試性當(dāng)基板上未設(shè)計(jì)測試點(diǎn)時(shí)，必須使用焊點(diǎn)來當(dāng)測試點(diǎn)，焊點(diǎn)上披覆的助銲劑會影響測試的結(jié)果。ICT測試的探針殘留物較硬，破裂後黏附在探針表面。殘留物較軟，只黏附在探針尖端表面。鋼板設(shè)計(jì)產(chǎn)品特性錫膏選擇鋼板配合設(shè)計(jì)設(shè)定印刷參數(shù)設(shè)定人工作業(yè)方式選擇適用設(shè)備穩(wěn)定的印刷作業(yè)鋼板加工類型化學(xué)蝕刻法雷射切割法電鑄法低成本，不利精密印刷中成本，孔壁略粗糙高成本，孔壁光滑鋼板開立設(shè)計(jì)鋼板的厚度根據(jù)最小尺寸元件開孔或最係間距開孔決定。鋼板厚度越薄時(shí)，印刷性越好?？剂坑∷?zhǔn)確度與坍塌特性時(shí)，開孔必須內(nèi)縮比PCB上銲墊尺寸小。250μm200μm150μm250μmPad0.25mmAperture0.235mm最小間距(mm)鋼板厚度(um)>0.65150~2000.51500.4(0.3mmdia.uBGA)120~150最小間距對應(yīng)鋼板厚度建議值開孔形狀開孔形狀考量零件銲接後的電器特性或降低製程不良來著手進(jìn)行。減少墓碑減少錫珠減少墓碑與錫珠印刷製程設(shè)計(jì)產(chǎn)品特性錫膏選擇鋼板配合設(shè)計(jì)設(shè)定印刷參數(shù)設(shè)定人工作業(yè)方式選擇適用設(shè)備穩(wěn)定的印刷作業(yè)速度與壓力印刷速度需要配合錫膏特性決定。印刷壓力依刮刀材質(zhì)特性決定。刷入錫膏刷入錫膏需要試當(dāng)?shù)挠∷⑺俣扰c印刷壓力讓錫膏產(chǎn)生滾動，然後填充入鋼板開孔中。刮刀壓力刮刀推力刮刀移動速度錫膏滾動接觸與非接觸式印刷接觸式印刷使鋼板底部和PCB銲墊直接接觸，可預(yù)防印刷模糊。非接觸式印刷在無脫?？刂葡到y(tǒng)時(shí)使用，可幫助鋼板順利與PCB脫離。缺點(diǎn)是容易造成滲錫現(xiàn)象，且印刷成型易模糊。On-contactSnap-offdistanceOff-contactDownforce鋼板脫模脫模分離時(shí)，錫膏與鋼板孔壁間的黏滯剪應(yīng)力和摩擦力會影響脫模後成型的形狀?？焖倜撃r(shí)，鋼板底部和PCB間因瞬間空間增加導(dǎo)致壓力下降，錫膏容易外擴(kuò)形成矮胖橢圓形狀。脫模速度降低時(shí)可減低黏滯剪應(yīng)力的影響，適當(dāng)速度範(fàn)圍在0.l~0.5mm/sec之間。Shearstress/frictiontosolderpasteSqueegeeseparation擦拭