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如何将锡膏印刷于电路板(solder paste printing)与影响锡膏印刷质量的因素

  • 发表时间:2021-11-08 10:11:03
  • 来源:本站
  • 人气:482

    将锡膏(solder paste)印刷于电路板再经过回焊炉(reflow oven)将电子零件焊接于电路板上,是现今电子组装制造业最普遍的制程工法。

    锡膏的印刷其实有点像是在墙壁上油漆一般,所不同的,为了要更精确的将锡膏重复涂抹于电路板的一定位置与控制其锡膏量多寡,所以必须要使用一片所谓的「钢板(stencil)」来控制锡膏的印刷量与位置。

    锡膏一旦印刷位置偏移太多就无法起到零件焊接的目的,还可能会出现一些意想不到的质量问题,比如说锡膏量印多了可能造成焊锡短路(short)、印少了则可能造成空焊(non-wetting)等缺失。

    ▼锡膏印刷前。电路板上只有镀金层。▼锡膏印刷后,这里的锡膏被设计成「田」字体,来避免锡膏融锡后太过于集中于中心。

    「锡膏」的成份主要由助焊剂(flux)与锡粉(powder)两大部分完全混合后所组成,它的名字之所以有个「膏」字,是因为它的型态就跟我们每天拿来刷牙的牙膏类似,都是稍带黏稠的膏状,可以用来印刷并黏附于电路板上,于室温下也不至于有太大的形变,「膏」状还可以用来黏住那些放置于电路板表面的电子零件,让这些零件既使在SMT在线流动/传送时有些微的振动下也不至于位移或掉落,而其最大的作用当然是在流经高温回焊炉(reflow oven)后熔融成为液体,并再重新凝固时将电子零件焊接并固定于电路板的特定位置上,达到电子信号连通的目的。

    锡膏印刷制程(Solder paste printing process)

    想了解更多关于锡膏的知识可以参考【介绍并认识【锡膏(solder paste)】的基本知识(含助焊剂)】一文。

    锡膏印刷作业有三种类型:

    锡膏印刷有分成全自动、半自动、手动三种类型。

    全自动锡膏印刷机(Automatic solder paste screen printer)

    一般大量生产的SMT线一定是全自动印锡膏产线,只要设定好锡膏印刷机的相关参数后,机器就可以自动进板(loading)、钢板自动对位、印刷锡膏(screen printing)、出板(unloading),经过输送带自动传送到下一个置件(pick & placement)的工站。

    半自动锡膏印刷机(Semi-auto solder paste screen printer)

    锡膏半自动印刷制程则大多出现在产品试产阶段,或是少量多样的产品线,它通常是离线作业不占用整条SMT自动生产的资源,其进、退板及钢板对位也通常是手动操作,只有锡膏印刷自动操作,操作这类设备必须要是老师傅,否则容易产出不良板,选择这类制程通常是不想占据一整条SMT的自动生产线,而且半自动锡膏印刷机也相对便宜。

    手动印刷机(Manual solder paste screen printer)

    这个通常出现在低价产品与劳力成本地的地区,或是一些业余的Maker身上,其作业方式相对简单与原始,全部手动操作,只需要钢板、刮刀与锡膏就可以完成作业,对于电路板上有细小零件脚间距者非常不建议采用此制程,除非你的操作技术真的非常好。

    影响锡膏印刷质量的因素与注意事项:

    锡膏印刷是电路板焊锡好坏的基础,其中锡膏的位置与锡量更是关键,经常见到锡膏印刷得不好,造成焊锡的短路(solder short)与空焊(solder empty)等问题出现。不过真的要把锡膏印刷好,还得考虑下列的因素:

    刮刀种类(Squeegee):锡膏印刷应该根据不同的锡膏或是红胶的特性来选择适当的刮刀,目前运用于锡膏印刷的刮刀都是使用不锈钢制成。

    刮刀角度:刮刀刮锡膏的角度,一般在45~60°之间。

    刮刀压力:刮刀的压力会影响锡膏的量(volume)。原则上在其他条件不变的情况下,刮刀的压力越大,则锡膏的量会越少。因为压力大,等于把钢板与电路板之间的空隙压缩了。

    刮刀速度:刮刀的速度也会直接影响到锡膏印刷的形状与锡膏量,更会直接影响到焊锡印刷的质量。一般刮刀的速度会被设定在20~80mm/s之间,原则上刮刀的速度必须配合锡膏的黏度,流动性越好的锡膏其刮刀速度应该要越快,否则会容易渗流。一般的情况下,刮刀的速度越快,其锡膏量会越少。

    钢板的脱模速度:脱模速度如果太快,容易造成锡膏拉丝或拉尖的现象,可能会影响到置件的效果。

    是否使用真空座(vacuum block)?真空座可以帮助电路板顺利平贴在固定位置,加强让钢板与电路板的密合度。有时候只有一次性少量生产的产品可以使用万用顶针/顶块来代替真空块。

    电路板是否变形(warpage)?变形的电路板会让锡膏印出来不均匀,大多数的情况下都会造成短路。

    钢板开孔(stencil aperture)。钢板的开孔直接影响锡膏印刷的质量,这个需要专章讲解。

    钢板清洁。钢板的干净与否直接关系到锡膏印刷的质量,特别是钢板与PCB接触面,以避免钢板底下出现残余锡膏污染到PCB上不该有锡膏的位置。一般SMT制造厂会规定生产几片板子之后就要使用无尘擦拭纸来清洁钢板底部,有些甚至在印刷机上设计自动擦拭功能,也会规定每隔多少时间就要将钢板取下用溶剂及超声波震荡来清洗,目的是为了清除钢板开孔中残留的锡膏,特别是细间距的零件,以确保锡膏印刷不被阻塞。