(smt表面组装技术)SMT全技术第一集

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1、SMT印刷是科學, 不是藝術在一塊典型的PCB(印刷電路板)上 ，可能有幾百個元件，600到1,000個聯接點(即焊盤pad)。因此這些端點的焊接不合格率必須維持在一個最小值。一般來說，PCB不能通過測試而須要返工的有60%是由於錫膏(solder paste)印刷質量差而造成的。本文將討論印刷(screen printing)的基本要素，並探討生產中持續的完美印刷品質所需的技術。在錫膏印刷中有三個關鍵的要素，這裏叫做三個S：Solder paste(錫膏)，Stencils(印刷鋼板)，和Squeegees(印刷刮板)。三個要素的正確結合是持續的印刷品質的關鍵所在。錫膏(第一個S)錫膏是錫珠

2、和松香(resin)的結合物，松香的功能是在回流(reflowing)焊爐的第一階段，除去元件引腳、焊盤和錫珠上的氧化 物，這個階段在150C持續大約三分鐘。(resin有時叫做rosin,嚴格地說，resin是天然產品，而rosin是人造產品。)焊錫是鉛、錫和銀的合金，在回流焊爐的第二階段，大約220C時回流。銀和松香都起幫助熔化焊錫和濕潤(wetting)以達到回流的作用，即助焊劑的作用。(濕潤wetting：是焊接效果的描述詞，被焊物好象被錫所浸“濕”。)球狀的焊錫顆粒製造成各種混合尺寸，然後篩選、分級，錫膏是按照錫珠的大小來分級的，如下：2型：7553mm3型：5338mm4型：382

3、5mm(m = micron = 0.001mm )三球定律三球定律給生產提供了一個選擇印刷鋼板的簡單公式，錫膏中錫珠的大小必須與印刷鋼板相匹配，如下所述：經 驗 公 式 ： 至少有三個最大直徑的錫珠能垂直地排在印刷鋼板的厚度方向上。 至少有三個最大直徑的錫珠能水平地排在印刷鋼板的最小孔的寬度方向上。 如圖中所示為印刷鋼板及錫珠的截面圖：計算略為複雜，因為錫珠是用米制micron(m)來度量，而印刷鋼板厚度的工業標準是美國的專用單位thou!(1mm=1x10-3mm,1thou=1x10-3inches,25mm1thou.)錫膏類型3x最大的錫珠尺寸最接近的鋼板厚度2型：7553m3x75

4、m=225m=9.0thou9 thou3型：5338m3x53m=159m=6.4thou6 thou4型：3825m3x38m=114m=4.6thou4 thou印刷孔的尺寸是由元件引腳間隔(pitch)決定的，焊盤的尺寸一般是引腳間隔的一半。(印刷孔的尺寸實際上可能比焊盤(pad)尺寸小一點)，例如，25thou(0.63mm)的間隔，印刷孔為12.5thou。因此錫膏的選用必須滿足印刷鋼板上最小的印刷孔：元件最小引腳間隔最小印刷孔合適的錫膏類型16 thou(0.4mm)8 thou(0. 2mm)2型：7553m12 thou(0.3mm)6 thou(0.15mm)3型：5338

5、m8 thou(0.2mm)4 thou(.1mm)4型：3825m因此，印刷鋼板的厚度通常是決定因素，大多數應用是選擇標準的6thou(0.1512mm)厚的印刷鋼板，3型的錫膏。粘 度粘度是錫膏的一個重要特性，從動態方面來說，在印刷行程中，其粘性越低，則流動性越好，易於流入印刷孔內，印到PCB的焊盤上。從靜態方面考慮，印刷刮過後，錫膏停留在印刷孔內，其粘性高，則保持其填充的形狀，而不會往下塌陷，這一點對於等待貼片前印刷在焊盤上的錫膏更為重要。錫膏在其容器罐內的粘度是使用一種精巧的、通常很昂貴的實驗室粘度計測量而得的。標準的粘度是在大約500kcps1200kcps範圍內，較為典型的800k

6、cps用於鋼板印刷是理想的。判斷錫膏是否具有正確的粘度有一種更為實際和經濟的方法，如下：用刮勺在容器罐內攪拌錫膏約30秒鐘，然後挑起一些錫膏，高出容器罐三、四英寸，讓錫膏自行往下滴，開始時應該象稠的糖漿一樣滑落而下，然後分段斷裂落下到容器罐內。如果錫膏不能滑落，則太稠，如果一直落下而沒有斷裂，則太稀，粘度太低。絲 印 模 板 (第 二 個 S)歷史上，使用一種厚的乳膠絲網，它有別于印刷鋼板，現在只有少數錫膏印刷機使用。金屬模板比乳膠絲網普遍得多，優越得多，並且也不會太貴。下圖給出了一個價格比較的概念：厚 乳 膠 絲 網錫膏印刷技術源自于完善建立的工業印刷(silk screen printin

7、g)行業，因此術語“印刷”被源用到這種要求較稠沉澱物的錫膏印刷。厚乳膠絲網原本比金屬模板經濟得多，但使用壽命不長，而且用於密腳(fine pitch)也不實際。制 造 過 程 如 下 ：在框架上張布一張尼龍、聚酯纖維或不銹鋼的絲網。不銹鋼絲是最好的，因為其剛性。工業印刷用的網很細密，大約每英寸400絲，這樣細小的油墨粒子(23m)才可以很流暢地通過絲網。為了使錫珠通過絲網，建議採用一種粗糙得多的絲網，大約每英寸80絲。絲網上塗蓋光敏乳膠，通常約十層以封住網孔，形成一層典型的8thou的厚度。將正趨光性(黑色焊盤)透明玻璃放在上面，然後用很強的紫外光來曝光(如：2kw，幾秒鐘)。曝光區域變硬，軟

8、的地方沒曝光，可被洗掉而留下網孔。因此，印刷時錫膏可以通過這些孔來印刷。印刷刮板(squeegee)是利用泵作用原理將錫膏壓擠通過絲網，因此要使用一種軟的橡膠刮板(見刮板部分)。印刷時絲網與PCB之間留有13mm的間隙，刮板將絲網壓低和PCB接觸，隨後“撕開”。這種作用是必要的，否則，錫膏會滯留在絲網上而不是在PCB的焊盤上。厚乳膠絲網的應用，其局限性主要是由於開孔上有絲網的阻礙，得到的印刷沉澱物有限，不可以用於小於30thou的密間隔。刮 板 (第 三 個 S)刮 板 有 兩 種 形 式 ： 菱 形 和 拖 裙 形 ， 拖 裙 形 分 成 聚 乙 烯 (或 類 似 ) 材 料 和 金 屬 。

9、菱 形這 種 形 式 現 在 已 很 不 普 遍 了 ， 雖 然 還 在 使 用 ， 特 別 在 美 國 和 日 本 。 它 由 截 面 為 大 約 10 mm x 10 mm 的 正 方 形 組 成 ， 由 夾 板 夾 住 ， 形 成 兩 面 45 的 角 度 ：這 種 刮 板 可 以 兩 個 方 向 工 作 ， 每 個 行 程 末 都 會 跳 過 錫 膏 條 ， 因 此 只 要 一 個 刮 板 。 可 是 ， 這 樣 很 容 易 弄 髒 ， 因 為 錫 膏 會 往 上 跑 ， 而 不 是 只 停 留 在 聚 乙 烯 的 很 少 的 暴 露 部 分 。 其 撓 性 不 夠 意 味 著 不 能

10、 貼 合 扭 曲 變 形 的 PCB ， 可 能 造 成 漏 印 區 域 。不 可 調 節 。拖 裙 形這 種 形 式 很 普 遍 ， 由 截 面 為 矩 形 的 聚 乙 烯 構 成 ， 夾 板 支 持 ， 需 要 兩 個 刮 板 ， 一 個 絲 印 行 程 方 向 一 個 刮 板 。 無 需 跳 過 錫 膏 條 ， 因 錫 膏 就 在 兩 個 刮 板 之 間 ， 每 個 行 程 的 角 度 可 以 單 獨 決 定 。大 約 40 mm 刮 板 是 暴 露 的 ， 而 錫 膏 只 向 上 走 1520 mm， 所 以 這 種 形 式 更 幹 淨 些 。刮 板 是 按 硬 度 範 圍 和 顏 色

11、 代 號 來 區 分 的 ， 例 如 ：6065shorevery soft紅 色7075shoresoft綠 色8085shorehard藍 色90 + shorevery hard白 色使 用 之 前 ， 刮 板 須 調 節 ， 使 其 導 向 邊 成 直 線 並 平 行 ， 先 檢 查 其 邊 是 否 成 直 線 ， 如 果 不 ， 調 節 夾 板 的 固 定 螺 絲 。刮 板 作 用和 金 屬 模 板 比 較 來 看， 刮 板 的 動 力 學 要 求 對 乳 膠 絲 網 是 不 同 的 。在 乳 膠 絲 網 上 ， 刮 板 需 要 推 動 其 前 面 的 錫 膏 ， 將 錫 膏 泵 壓

12、 通 過 絲 網 而 印 到 絲 印 區 域 ， 要 到 達 這 種 作 用 需 使 用 一 種 軟 的 刮 板 (7075 shore， 綠 色 )， 其 自 身 在 與 絲 網 接 觸 的 地 方 發 生 變 形 。甚 至 可 用 更 軟 的 刮 板 ( 6065 shore, 紅 色 ) 來 在 厚 的 混 合 陶 瓷 基 底 上 絲 印 油 墨 。使 用 金 屬 模 板 時 ， 刮 板 將 錫 膏 在 前 面 滾 動 ， 無 須 泵 作 用 即 可 流 入 絲 孔 內 ， 然 後 刮 去 多 餘 錫 膏 ， 在 PCB 焊 盤 上 留 下 與 模 板 一 樣 厚 的 錫 膏 。 不 需

13、 要 也 不 指 望 刮 板 的 變 形 ， 因 此 可 以 使 用 較 硬 的 (即 ： 8085 shore， 藍 色 ) 或 金 屬 的 刮 板 。刮 板 硬 度 與 壓 力 必 須 協 調 ， 如 果 壓 力 太 小 ， 刮 板 將 刮 不 幹 淨 模 板 上 的 錫 膏 ， 如 果 壓 力 太 大 ， 或 刮 板 太 軟 ， 那 麼 刮 板 將 沉 入 模 板 上 較 大 的 孔 內 將 錫 膏 挖 出 。壓 力 的 經 驗 公 式在 金 屬 模 板 上 使 用 藍 色 刮 板 ， 為 了 得 到 正 確 的 壓 力 ， 開 始 時 在 每 50 mm 的 刮 板 長 度 上 施 加

14、 1 kg 壓 力 ， 例 如 300 mm 的 刮 板 施 加 6 kg 的 壓 力 ， 逐 步 減 少 壓 力 直 到 錫 膏 開 始 留 在 模 板 上 刮 不 幹 淨 ， 然 後 再 增 加 1 kg 壓 力 。 在 錫 膏 刮 不 幹 淨 開 始 到 刮 板 沉 入 絲 孔 內 挖 出 錫 膏 之 間 ， 應 該 有 12 kg的 可 接 受 範 圍 都 可 以 到 達 好 的 絲 印 效 果 。金 屬 刮 板在 控 制 較 好 的 情 況 下 ， 利 用 聚 乙 烯 刮 板 可 以 達 到 非 常 好 的 效 果 ， 而 金 屬 刮 板 在 生 產 中 也 是 很 好 的 ，同 時

15、 可 解 決 一 些 聚 乙 烯 所 產 生 的 問 題 。但 記 住 ， 它 不 適 用 於 乳 膠 絲 網 ， 因 為 會 造 成 過 度 的 磨 損 ， 並 且 沒 有 泵 錫 膏 的 作 用 。由 金 屬 刀 片 固 定 于 支 架 組 成 ，大 約 40 mm 的 伸 出。不 象 聚 乙 烯 刀 片 ， 它 有 很 直 的 邊 線 ， 使 用 前 無 須 調 整 。 相 對 於 聚 乙 烯 的 大 約 39 個 月 壽 命 來 說 ， 其 壽 命 是 無 限 的 。雖 然 整 個 刀 片 有 短 暫 的 柔 性 來 接 納 變 形 翹 起 的 PCB ， 但 其 邊 不 退 讓 和 變 形 沉 入 絲 孔 的 事 實 使 它 具 有 其 幾 個 優 點 ， 不 管 絲 孔 的 大 小 如 何 ， 較 大 範 圍 的 壓 力 (即 ：415 kg) 都 可 得 到 好 的 絲 印 效 果 。 6 thou 的 模 板 決 定 了 絲 印 厚 度 也 是 6 thou ， 這 就 避 免 了 因 操 作 員 和 其 它 條 件 的 不 同 而 產 生 的 變 化 。 可 靠 的 絲 印 厚 度 是 特 別 重 要 的 ， 因 為 表 面 貼 附 元 件 的 同 平 面 度 允 許 誤 差 是 4 thou ， 所 以 絲 印 厚