灯盘厂家
免费服务热线

Free service

hotline

010-00000000
灯盘厂家
热门搜索:
技术资讯
当前位置:首页 > 技术资讯

当焊膏印刷技术及无铅化对其的影响

发布时间:2021-09-11 18:17:06 阅读: 来源:灯盘厂家

焊膏印刷技术及无铅化对其的影响

1 引言

表面贴装技术(SMT)已成为当今电子装联技术中最为通用的技术,而焊膏印刷是SMT基本工艺中关键工序之一,其质量直接影响SMT组装的质量和效率。伴随电子组装的高密度和元件的微小化,细间距引脚和无铅化与大家分享心中1些光怪陆离的幻像工艺对焊膏印刷提出了更高要求。为了保证产品质量,制定合理的印刷工艺,有必要对焊膏印刷技术及工艺参数设定进行探讨。

2 焊膏印刷技术

在SMT生产中,焊膏沉积到PCB焊盘上的技术有2种:一种是以丝和金属漏印模板为主的印刷技术,它是工业制造中广泛使用的焊膏涂覆方法,适合于大批量生产。另一种为注射式系统涂覆焊膏的注射点涂技术,适合于小批量生产,这种系统由计算机控制能精确的沉积焊膏,能够很好地防止焊膏浪费。

2.1 丝印刷技术

丝印刷机构由PCB定位系统、刮刀系统和板组成。板是丝印刷机的关键部件,它是由框、丝和掩模图形构成。一般掩模图形用适当的方法制作在丝上,丝则绷紧在框上。

一般框材料有木材、铝合金和不锈钢等。在满足强度要求的前提下应尽量选用轻质合金,以便操作方便。根据绷方式,框有固定框和自绷框两类。固定框是把丝固定到框上,常用粘结剂固定法;自绷框借助绷机将丝直接绷到框上,使丝绷紧位置和框构成一个整体,借助"螺丝调节"或"棍式框架"自张绷,适合于多很大程度上得益于经营活动的现金流入品种、少批量印刷的场合。

丝印刷常用蚀刻目/乳胶模板,丝常用材料为不锈钢或单纤维聚合树酯。通常使用时,在丝上涂上一层感光乳剂,使其干燥成为感光膜。然后将负底片紧贴在感光膜上用紫外线曝光。曝光部分成为永久的涂层,未曝光的部分用显影剂将其溶解掉。这样就在要沉积焊膏的粘结剂部分形成漏孔,干燥后形成丝。丝的直径和开孔大小取决于目数,常用为80。丝的直径和乳胶厚度主要决定沉积焊膏的厚度。一般而言,丝只适用于焊点高度为300 μm以上的场合,适合焊膏黏度为 Pa·s,刮刀使用硬度为70~90的橡胶或聚酰亚胺树刮板,焊膏中合金粉颗粒的平均尺寸应该不大于丝孔尺寸的1/5。

丝印刷为非接触印刷,容易出现焊膏渗漏缺陷(如图2所示)。通常丝印刷要求比模板印刷操作速度慢一些,刮动间隙大一些:同时为便于印刷,应使用粘度低一些的焊膏。另外在印刷时,要调整丝和工作架平行并保持0.5 mm的刮动间隙。

2.2 模板印刷技术

模板漏印属直接印刷技术,它是用金属模板代替丝印刷机中的丝。所谓模板是在一块金属片上用化学方式或用激光等方法刻出漏印,不像丝开孔阻止焊膏流动,因此模板可使100%的焊膏通过,而丝仅能使大约50%焊膏通过。根据蚀刻材料,模板可分为有选择的柔性金属模板和全金属模板。

细间距焊膏印刷通常采用金属漏印,因此漏板开孔控制着焊盘上的焊膏以及漏印质量。模板厚度决定了印刷焊膏的厚度,模板开孔尺寸决定了焊膏图形的面积与形状。较厚的模板不利于焊膏的释放,也容易因焊膏太厚而产生桥接。太薄的模板区焊膏不足而影响焊接质量。

一般而言,模板只适用于焊点高度为100~300 μm以内的场合,适合焊膏黏度400~1200 Pa·s(间距取600~800 Pa·s,细间距取800~1200 Pa·s),合金粉颗粒的平均尺寸应该不大于模板厚度和宽度的1/3。为了避免刮刀前端变形与磨损,最好使用较硬一些的材质,如金属刮板或硬度为90的橡胶或聚酰亚胺树酯刮板。

模板孔径比是指宽度与厚度的比,即:W/T,一般为1.5:1。而对于CSP等图形,须采用面积比(AR),如图3所示,其值一般大于0.66,焊膏释放率能可达到85%以上。完美的焊膏沉积应该与模板开孔有完全一样的形状,即A=D,H=T或2/3A。其中A为焊膏直径,D为开孔直径,T为模板厚度,H为焊膏厚度。图4为焊膏释放率对面积比关系图,为了提高焊膏释放率,可以通过增加开孔宽度或降低厚度来增加孔径比,也可以选用开孔壁光滑的模板技术。

模板印刷相比丝印刷虽然比较复杂,加工成本高,但是有许多优点,预热可消除冷线进入高温机头比如对焊膏粒度不敏感、不易堵塞、所用焊膏黏度范围宽、印刷均匀、图形清晰、比较稳定、可长期储存等,并且很耐用,寿命约为丝的25倍,故适用于大批量生产和组装密度高、多引线细间距产品。

3 模板印刷工艺

以模板印刷为例,焊膏印刷工艺如图5所示,分为将焊膏压入印刷模板开孔部和将焊膏移到基板焊盘两部分。印刷工艺参数的设定和调整对印刷质量起着非常重要的作用,下面对各部分进行详述。

3.1 将焊膏压入印刷模板开孔部

图6表示将焊膏压入印刷模板开孔部的工艺,此时焊膏的旋转起着很大作用。通过刮刀移动焊膏时,在焊膏与印刷模板面之间有摩擦力发挥作用,该摩擦力与焊膏移动方向相反。焊膏在该摩擦力的作用下会发生旋转,即滚动现象。一旦发生滚动现象,焊膏会经常碰撞刮刀的前部,改变方向,并在刮刀的前部产生压力,该压力就是将焊膏压入印刷模板的力。与此同时,通过滚动,在抬起刮刀的方向也有力作用。因此,为了实现正确的印刷,必须适当控制将焊膏压入印刷模板开孔部的力以及抬起刮刀的力。

(1)刮刀速度与刮刀角度的最佳设定

刮刀速度与刮刀角度为控制压入力的两个基本因素(如图7)。所谓刮刀速度的最佳设定,就是将焊膏设定为使其在印刷模板上不滑动,而滚动移动的设定。刮刀速度可在10~150 mm/s范围内变化,一般为25~50 mm/s之间,间距小于0.5 mm的OFP为20~30 mm/s,超细细间距为10~20mm/s,一般为12.7 mm/s。值得注意的是,由于橡胶刮刀进行较大间距印刷或较大压力印刷时,变形会形成刮坑导致印刷量不足,故橡胶刮刀印刷速度高于金属刮刀,一般接近它的2倍。

如果刮刀速度快,相对地焊膏碰撞刮刀前部的速度也快,所产生力较大。考虑到此时刮刀通过开孔部的时间,即压入焊膏的时间较短,则最终结果是印刷中施加在整个开孔部的压力不变,即焊膏压入开孔部的数量也未变。一般印刷速度低,填充性好,不会产生如图8所示刮刀后带拖。

通过计算机得出的刮刀前部所产生压力的分布情况如图9所示。刮刀前部所产生的压力分布在距刮刀前仅2~3 mm非常狭窄的范围内,因此可以说刮刀角度及其变化对所产生压力的影响仅在该部分前部的角度上。

刮刀角度一般控制在45°~75°,令转移系数=转移深度/界限压力,来表示刮刀角度和界限印刷压力的关系。由试验结果表明,刮刀最佳设定在60℃~70℃范围时,通过适当印刷压力及速度配合,可获得最佳的印刷效果和转移性。刮刀角度太小,滚动性和填充凭仗优良性能可广泛利用于新能源汽车、航空航天等多个领域性好,但是容易发生渗漏,一般用于通孔再流焊和细间距模板印刷,以增加焊膏涂覆量。

(2)印刷压力的最佳设定

将施加在刮刀上的力称之为印刷压力,如果此力过大,刮刀前部将变形,并对压入力起重要作用的刮刀角度产生影响。图1O表示在焊膏的滚动中,刮刀前部抬起的现象。如果在焊膏的滚动中抬起刮刀前部,刮刀前部与印刷模板之间将产生间隙,印刷模板上会残留焊膏。 印刷压力通常应与通过滚动所产生的压力相同,一般可在5~100 MPa范围内设定,过大会发生塌心和渗漏缺陷,常为10~30 MPa。此外,由于滚动所产生的力随供给焊膏量的变化而变化,操作人员需要适当调整最佳值。

3.2 将焊膏移到基板焊盘的工艺

为了将焊膏从印刷模板的开孔部移到印刷电路板的焊盘上,有必要固定印刷模板,将印刷电路板在垂直方向下压,此时发生的力有作用在基板焊盘与焊膏之间的黏着力,以及充填在开孔部的焊膏移动时作用于印刷模板壁面与焊膏之间的摩擦力。当该摩擦力比作用于基板焊盘与焊膏之间的黏着力大时,焊膏在开孔部不发生移动,不能进行印刷。相反摩擦力较小时,焊膏平滑移动。由此可见在该工艺中,印刷模板开孔部的设计以及脱模速度的设定是很重要的。

(1)模板的最佳设计

从印刷机理得出模板的最佳设计要求:①模板开孔面积要比开孔内壁面积大,使焊点面的粘着力大于摩擦力;②开孔部壁面应尽量平滑,同时考虑到脱离性,设计成"八"字形状(激光制作模板的情况下,如果从基板侧加工,自然会成为该形状)。

(2)脱模速度的最佳设定

当基板下降时,由于焊膏的黏着力,使印刷模板变大,形成挠曲。如果印刷模板挠曲变大,模板因挠曲的弹力要回到原来的位置。其结果就是在某个位置,模板因其弹力快速复位,抬起焊膏的周围,两端形成极端抬起的印刷形状,抬起高度与模板的挠度成正比。严重的情况下还会刮掉焊膏,使焊膏残留到开孔部内。图11为脱模速度与印刷质量关系图,通常脱模速度设定为0.3~3 mm/s。在印刷时模板与PCB间隙小于0.5 mm,脱模距离一般为3 mm,具体脱离速度见表1,而实际脱模速

五常工作服订做
五常工作服定制
五常工作服定做
五常工作服设计