SMT工艺之锡膏印刷3S管理
来源：本站 点击数：5464次 更新时间：2014/12/2 9:03:00
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印刷中的3S(锡膏、印刷网和刮刀) 在一块比较复杂的PCB板上,可能有几百到千个元件,这些不合格率必须维持到最小值。一般来说,PCB不能通过测试而须要返修的大约有60%是由于锡膏印刷造成的,而锡膏印刷中有三个关键的要素,也就是指3S：Solder paste；Stencils；Squeegees。三个要素有机结合对持续的品质很重要。 ; 锡膏（第一个S）焊接质量一致性与锡膏搅拌的均匀性有很大关系，向您推荐力锋LF-180A 锡膏搅拌机，品质改善热线：13925278536 力锋CHENJIAN ！ 锡膏主要是锡球和松香的结合物(当然还有活化济)，松香的 功能属于在第一阶段的预热期，主要是除去元件的引脚、焊 盘和锡球上的氧化物，在这阶段要150℃以上持续大约三分钟；第二阶段是回流区，这个温度是200℃到220℃，主要作用是湿润（也叫做焊接）。 锡膏是由很多锡球组成的，目前大部份的锡膏按锡球的大小 来分级，一般分为三级：2型： 75----53um ; m%C Z ) 3型： 53----38um cr$/\G$ T` 4型： 38----25um 锡膏又分有铅和无铅,有铅是由Sn/Pb组成,含量为63/37;而无铅主流为Sn/Ag/Cu,含量为96.5/3/0.5。它们的溶点分别为：183℃和217℃。三球经验定律：至少有三个最大直径的锡珠能垂直地排在印 刷模板的厚度上；或是至少有三个最大直径的锡珠能水平地排在印刷模板的最小孔的宽度上。所以可推论3×的最大锡珠 }尺寸与最接近的印刷模板的厚度：2型： 75----53um 3×75um=225um 模板厚度为 3型： 53----38um 3×53um=159um 模板厚度为0.16mm 4型： 38----25um 3×38um=114um 模板厚度为0.12mm 当然，印刷模板孔的尺寸是由元件引脚PITCH决定的，PCB的 焊盘尺寸通常是引脚PITCH的一半或可能在小点。例如： 0.65mmPITCH的IC；焊盘的尺寸是0.3mm。其实焊盘的尺寸也 就是印刷模板开孔的尺寸，因此锡膏的选用必须满足印刷模 板最小的开孔。按照以上的三球定律，理论上可以得出元件 最小引脚间隙和印刷模板的最小开孔以及合适的锡膏类型： 0.5PITCH的IC 使用0.25的模板开孔 条件在最佳状况是可选购2型锡膏0.4PITCH的IC 使用0.2的模板开孔 条件在最佳状况是可选 , 购3型锡膏 0.3PITCH的IC 使用0.15的模板开孔 条件在最佳状况是可选购4型锡膏锡膏的粘度是锡膏的重要特征,在印刷过程中,粘度越低,则 流动性越好,易于流入网孔,印到PCB板上；反之则容易粘在网 孔上造成塞孔,但是太低容易在线路板上造成塌陷。标准的粘度可以用粘度计量得，一般的粘度在500kcps---1200kcps 间，比较好的控制在800kcps,如果是没有粘度计怎样才能判 定锡膏的粘度比较合适呢？如下方法：用刮勺在容器罐内搅拌锡膏约30秒,然后挑起一些锡膏,高出容器罐三、四英寸,让锡膏自行往下滴,开始是应该象糖浆一 ,j,样滑落而下,然后分段裂落下到容器罐内。如果锡膏不能滑 落,则太稠,如果一直落下而没有断裂,则太稀,粘度太低。 印刷模板（第二个S）全自动印刷机用的印刷模板全世界一般有两种外框尺寸：一 种是650mm×550mm；另一种737mm×737mm(也叫29′× 29′)。 有三种制造印刷网的方法：化学腐蚀、激光刻制、加成。 化学腐蚀的制作过程 首先要提供空白的PCB板或CAD数据或CAM数据，然后转化为 做印刷网所需的GERBER FILE 文件，再到菲林（焊盘位是黑 色）厂家制作出菲林，把菲林贴在所需厚度的金属钢片的两 面上，然后在金属钢片的两面涂盖光敏耐酸物，用强力的紫 外光曝光.。曝光区域变硬,而软的焊盘区域可以被冲洗掉。 然后将板放入酸中洗浴,从两面腐蚀掉中得出网孔。这种成本 比较低，但质量较差，这种投资成本要几十万。 激光刻制模板 另一种技术是使用电脑控制的CO2或YAG激光从板的一面切割 出网孔，时间可能要花去大约半小时来刻制一块模板，开孔 区越大，时间就越多，费用也越高。激光机大约成本为 400,000美元，因此激光使用时间昂贵，结果通常一块模板费 用是化学腐蚀的三倍。 该系统很精密，但除了成本贵外，还有一个缺点：激光将熔化的金属切割出网孔，同时也容易熔化模板表面，造成表面 2$ k’zZ% 粗糙。因此需要用沙抛光或用化学方法来清洗表面，留下几 个微米的粗糙度，看上去好象表面暗淡，对橡胶刮刀有磨损 作用，并且使得模板难以清洁，虽然有人认为粗糙度将有助 于锡膏的“滚动”。 加成法模板 l zk$%-i加成法模板现时约占使用的2~3%(在日本特别流行)，其制造 过程是加成的，不象其它工艺模板成形,方法如下：用光敏绝 缘乳胶埋盖住基板，通过负趋光性模版（焊盘区透明，非丝 印区不透明）用紫外光曝光。焊盘区域变硬，其它区域被清 洗掉，然后将基板浸浴在酸性电解溶液内，作为阴极联接在 电源上，阳极为耗损性镍。经过几个小时，镍就沉淀在导电 区域（非焊盘），并可以象一张纸一样撕下，形成丝孔。 这种模板有比其它模板优越的地方，孔的内壁很平滑，可能作成梯形，即底部比上部稍宽1~2的角度，这有助于锡膏穿过 模板印到PCB上。在孔的底部四周形成10~20微米的“尖 头”，在焊盘周围形成一圈边框，丝印时有助于锡膏准确地 停留在焊盘上，成本大约比化学腐蚀高30%。刮刀(第三个S) 从材料上来分,刮刀分为橡胶刮刀和金属刮刀,而橡胶刮刀又 有菱形和矩形状,菱形这种刮刀可以两个方向工作,每个行程 都会跳过锡膏条,因此可以只使用一个刮刀,形成45度。可是, 这样很容易弄脏,因为锡膏往外跑,锡膏也相对容易变干。矩 形状刮刀很普遍，需要两个刮刀，一个印刷行程方向需一个 刮刀，刮刀的角度大部分都固定在60度，刮刀也是按硬度和 颜色代号来区分的，如下： 60--------65 为红色 70--------75 为绿色 80--------85 为蓝色 90 以上 一般的公司都使用90以上的硬度。当然，刮刀的硬度与压力 eh %bH ! 必须协调，如果压力太小，刮刀将刮不干净模板上的锡膏， J G4u|JRr 如果压力太大或刮刀太软，那么刮板将沉入模板上较大的孔 +}4 3 3) 内将锡膏挖出。 #!yi{ CIP5 ~ +IvT^7/N 金属刮刀是固定在夹子上，刀片大约20mm的伸出。不象橡胶 `N b G^. 刮刀，它有很直的边线，使用前无须调整。相对于橡胶刮刀 U1 m?(Z ’’ 的大约3~9个月寿命来说，其寿命是无限的。d? MCiQm 不管网孔的大小如何，较大范围的压力（4~15Kg）都可得到 A’u!@Oaw]& 好的丝印效果。0.15mm的模板决定了印刷厚度也是0.15mm， T3f"BX8t 这就避免了因操作员和其它条件的不同而产生的变化。可靠 WV* t 9 的印刷厚度是特别重要的，因为表面贴装元件的同平面度允 s’ ?- =l^% 许误差是0.1mm,所以丝印厚度至少必须是0.14mm。随着贴片 LoY } YGN 机的精度增加，平面度的允许误差也越来越高。qv 0A)]gbp 由于金属模板和金属刮刀印刷出的锡膏很饱满，一些使用者 |z.0} W]xG 发现当他们转换时，得到的丝印厚度太厚。这个可以通过减 _W # $D0T 少模板的厚度的方法来纠正，但最好是减少（“微调”）的 ^lYQ zJj@ 网孔的长和宽10%，以减少焊盘上的锡膏的面积。这样就意味 ,v ?!MXE 着焊盘的定位变得不很重要了，模板与焊盘之间的框架密封 XV5H](CY7J 得到改善，减少了锡膏在模板底和PCB之间的“炸开”。印刷 @O{l oY r 模板底面的清洁次数由每5或10次丝印清洁一次减少到每50次 ~7 FBI ` 丝印清洁一次。 印刷完后，PCB与模板分开，将锡膏留在PCB上而不是孔[内。 对于最细密印刷孔来说，模板的厚度很重要，因为网孔的孔 fa US5p 壁相对于焊盘面积变得很重要，锡膏可能会更容易粘附在孔 (!d% r U 壁上而不是焊盘上。 w m 9 m 焊盘面积=w×d 网孔内壁面积=2（w×h）+2 (d×h) uqwC((<lbF y2? b Z.I 焊盘面积的经验公式，尽可能不小于孔内壁的面积。例如： AN$^* Q:U PCB上最密引脚间隔是0.65mm，因此最小的焊盘宽度为 ltZS HRz1 0.3mm，乘以比如说2mm的长度，模板为0.15mm厚度。 C’ M)_m= }d 焊盘面积=0.3mm×2mm=0.6mm 5zmu)9]\R 丝孔内壁面积=2×（0.15mm×0.3mm）+2×(0.15mm×2mm) 1 0 =0.69mm 7c d-:bys [ W 4a 将模板厚度减少为0.1mm可将情况得到改善。V},LC`z mL 丝孔内壁面积=2×（0.10mm×0.3mm）+2×(0.1mm×2mm) W" !3 /c =0.46mm p/#@ U)( V 不过，有两个因素是有利的，第一，焊盘是一个连续的面 | r >z’/. 积，而网孔内壁大多数情况分为四面，有助于释放锡膏：第 a / h’4 E 二，重力和焊盘的粘附力为一起，在印刷和分离所花的2~6秒 ct| \J’Os 时间内，将锡膏拉出网孔粘着于PCB上。为最大发挥这种有利 +D z S 的作用，可将分离延时，开始时PCB分开较慢。很多机器允许 # S!r zb 印刷后的延时，工作台下降2~3mm行程速度可调慢。 Av 印刷期间，刮板在印刷模板上的行进速度是很重要的，因为 kB@~{e x3 锡膏需要时间来滚动和流入网孔内。如果允许时间不够，那 [u 5)*PO 么在刮板的行进方向，锡膏在焊盘上将不平。当速度低到每 d!J; x3’ 5 秒20mm时，刮刀能在少于几十毫秒的时间内刮过小的网孔。0?{ . k 对PCB上最密元件引脚的每0.025mm长度，你可以允许每秒 pevz1mm的最大速度。因此： = Z|GM}g= 最密引脚间隔 最小网孔 最大丝印速度 kJQn A"8 D AD?u,q0i] 1.27mm 0.65mm 每秒50mm &G S\za 0.65mm 0.3mm 每秒25mm Tu (! CX 0.4mm 0.2mm 每秒16mm 1． 锡膏在使用前必须进行回温4H搅拌3分钟粘度测试在180-220KCPS(不同的厂商有不同的要求)。 2． 钢网上尽量不要贴钢网纸或其它胶纸因为这样会改变锡膏印刷的厚度。 ^p6fZ l75# 3． 严禁用风枪直接吹钢网，因为这样会将锡膏吹致到刮刀及周围，干掉后掉下改变锡膏的成分。 gWL4&zL \8 4． 在檫拭钢网时，钢网上面用干檫拭纸下面用沾有洗板水的檫拭纸同时进行檫拭，注意不要将洗板水渗到锡膏里面，改变了其粘度。 tF kg|: 5． 钢网、刮刀、搅拌刀 、机器印刷部分的缝隙内要随时保持干净。 z|5. x|5q 6． 锡膏在钢网上待的时间越短越好，在使用过程中应运用少量多次的原则，一瓶锡膏最好分4次或以上加完。 Rmx#-o? 7． 每印刷5-10片必须以无纤维擦拭纸清洁钢网一次 |
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