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1、第5章 表面组装涂敷与贴装技术,机械工业出版社同名教材 SMT基础与工艺 何丽梅 主编,5.1.1 再流焊工艺焊料供给方法,1)焊锡膏法。将焊锡膏涂敷到PCB焊盘图形上，是再流焊工艺中最常用的方法。其目的是将适量的焊锡膏均匀的施加在PCB的焊盘上，以保证贴片元器件与PCB相对应的焊盘在再流焊接时达到良好的电器连接，并具有足够的机械强度。焊锡膏涂敷方式有两种：注射滴涂法和印刷涂敷法。注射滴涂法主要应用在新产品的研制或小批量产品的生产中，可以手工操作，但速度慢、精度低但灵活性高，省去了制造模板的成本。 印刷涂敷法又分直接印刷法（也叫模板漏印法或漏板印刷法）和非接触印刷法（也叫丝网印刷法）两种类型，
2、直接印刷法是目前高档设备广泛应用的方法。,2)预敷焊料法。预敷焊料法也是再流焊工艺中经常使用的施放焊料的方法。在某些应用场合，可以采用电镀法和熔融法，把焊料预敷在元器件电极部位的细微引线上或是PCB的焊盘上，在窄间距器件的组装中，采用电镀法预敷焊料是比较合适的，但电镀法的焊料镀层厚度不够稳定，需要在电镀焊料后再进行一次熔融。经过这样的处理，可以获得稳定的焊料层。 3)预形成焊料法。预形成焊料是将焊料制成各种形状，如片状、棒状、微小球状等预先成形的焊料，焊料中可含有助焊剂。这种形式的焊料主要用于半导体芯片中的键合部分、扁平封装器件的焊接工艺中。,5.1.2 焊锡膏印刷机及其结构,1. 焊锡膏印刷
3、机的分类与结构 焊锡膏印刷机是用来印刷焊锡膏或贴片胶的，其功能是将焊锡膏或贴片胶正确地漏印到PCB相应的位置上。 焊锡膏印刷机大致分为三个档次：手动、半自动和全自动印刷机。半自动和全自动印刷机可以根据具体情况配置各种功能，以便提高印刷精度。例如：视觉识别功能、调整电路板传送速度功能、工作台或刮刀45角旋转功能（适用于窄间距元器件），以及二维、三维检测功能等。,手动焊锡膏印刷机,全自动焊锡膏印刷机,无论是哪一种印刷机，都由以下几部分组成： 夹持PCB基板的工作台：包括工作台面、真空夹持或板边夹持机构、工作台传输控制机构。 印刷头系统：包括刮刀、刮刀固定机构、印刷头的传输控制系统等。 丝网或模板及
4、其固定机构。 为保证印刷精度而配置的其他选件：包括视觉对中系统，干、湿和真空吸擦板系统以及二维、三维测量系统等。,2.印刷机的主要技术指标 最大印刷面积：根据最大的PCB尺寸确定。 印刷精度：根据印制板组装密度和元器件引脚间距的最小尺寸确定，一般要求达到0.025 mm。 重复精度：一般为10 m。 印刷速度：根据产量要求确定。,5.1.3 焊锡膏的印刷方法,1.印刷涂敷法的模板及丝网 在印刷涂敷法中，直接印刷法和非接触印刷法的共同之处是其原理与油墨印刷类似，主要区别在于印刷焊料的介质，即用不同的介质材料来加工印刷图形：无刮动间隙的印刷是直接（接触式）印刷，采用刚性材料加工的金属漏印模板；有刮
5、动间隙的印刷是非接触式印刷，采用柔性材料丝网或金属掩膜。 1）模板。模板主要用于焊锡膏在 PCB 焊盘上的准确漏印和沉积。常用的SMT模板的厚度为0.15mm（或0.12mm）。常见的制作方法为：蚀刻、激光、电铸。,高档SMT印刷机一般使用不锈钢激光切割模板，采用激光将贴片文件位置、形状烧刻在不锈钢板上，并用铝框制成漏印模板。适于对精度要求较高的细间距（即 0.3mm 芯片管脚间距 0.5mm ）图形印刷，但加工困难，制作成本也较高。 手动操作的简易SMT印刷机可以使用蚀刻漏印模板，将贴片文件的位置、形状准确腐蚀在薄铜板或不锈钢板上，并用铝框制成漏印模板。用于芯片引脚间距 0.635mm 以上
6、、精度要求不高的图形印刷。蚀刻铜板加工容易，制作费用低廉，适合于小批量生产的电子产品，但长期使用后模板容易变形而影响印刷精度。,漏印模板示意图与实物照片,漏印模板结构图,网框尺寸： 网框尺寸是根据印刷机的框架结构尺寸确定的。一般情况下网框尺寸应与印刷机网框尺寸相同，特殊情况下例如当印制板尺寸很小或印刷面积很小时，可以使用小于设备网框尺寸的小尺寸网框，但设备必须配有网框适配器，否则不可使用小尺寸网框。 例：DEK260印刷机的印刷面积及网框尺寸： 1）最大PCB尺寸：420 mm450mm； 2）最大印刷面积：420 mm420mm； 3）模板边框尺寸：584mm584mm； 4）边框型材规格：
7、25.4mm38.1mm。,2）丝网。非接触式丝网印刷法是传统的方法。丝网材料有尼龙丝、真丝、聚酯丝和不锈钢丝等，可用于SMT焊锡膏印刷的是聚酯丝和不锈钢丝。用乳剂涂敷到丝网上，只留出印刷图形的开口网目，就制成了非接触式印刷涂敷法所用的丝网。 制作丝网的费用低廉，但由于丝网制作的漏板窗口开口面积始终被丝本身占用一部分，即开口率达不到100%，而且印刷焊锡膏的图形精度不高；此外，丝网漏板的使用寿命也远远不及金属模板，只适用于大批量生产的一般SMT电路板，现在基本上已被淘汰。,2.漏印模板印刷法的基本原理 将PCB板放在工作支架上，由真空泵或机械方式固定，将已加工有印刷图形的漏印模板在金属框架上绷
8、紧，模板与PCB表面接触，镂空图形网孔与PCB上的焊盘对准，把焊锡膏放在漏印模板上，刮刀从模板的一端向另一端推进，同时压刮焊锡膏通过模板上的镂空图形网孔漏印（沉积）到PCB的焊盘上。高档的SMT印刷机一般有A、B两个刮刀：当刮刀从右向左移动时，刮刀A上升，刮刀B下降，B压刮焊锡膏；当刮刀从左向右移动时，刮刀B上升，刮刀A下降，A压刮焊锡膏。两次刮锡后，PCB与模板脱离（PCB下降或模板上升），完成焊锡膏印刷过程。,漏印模板印刷法的基本原理,焊锡膏是一种膏状流体，其印刷过程遵循流体动力学的原理。漏印模板印刷的特征是： 1）模板和PCB表面直接接触。 2）刮刀前方的焊锡膏颗粒沿刮刀前进的方向滚动。
9、 3）漏印模板离开PCB表面的过程中，焊锡膏从漏孔转移到PCB表面上。,3.丝网印刷涂敷法的基本原理 丝网材料有尼龙丝、真丝、聚酯丝和不锈钢丝等，可用于SMT焊锡膏印刷的是聚酯丝和不锈钢丝。用乳剂涂敷到丝网上，只留出印刷图形的开口网目，就制成了非接触式印刷涂敷法所用的丝网。 将PCB固定在工作支架上，将印刷图形的漏印丝网绷紧在框架上并与PCB对准，将焊锡膏放在漏印丝网上，刮刀从丝网上刮过去，压迫丝网与PCB表面接触，同时压刮焊锡膏通过丝网上的图形印刷到PCB的焊盘上。,丝网印刷涂敷法,丝网印刷具有以下特征： 1）丝网和PCB表面隔开一小段距离。 2）刮刀前方的焊锡膏颗粒沿刮板前进的方向滚动。
10、3）丝网从接触到脱开PCB表面的过程中，焊锡膏从网孔转移到PCB表面上。 4）刮刀压力、刮动间隙和刮刀移动速度是保证印刷质量的重要参数。,5.1.4 焊锡膏印刷工艺流程,印刷焊锡膏的工艺流程包括以下步骤：印刷前的准备调整印刷机工作参数印刷焊锡膏印刷质量检验清理与结束。 1.印刷前准备工作 1）检查印刷工作电压与气压；熟悉产品的工艺要求。 2）确认软件程序名称是否为当前生产机种，版本是否正确。 3）检查焊锡膏：检查焊锡膏的制造日期，是否在出厂后6个月之内，品牌型号规格是否符合当前生产要求；是否密封（保存条件210 ），若采用模板印刷，焊锡膏粘度应为9001400Pas，最佳为900Pas，从冰箱
11、中取出后应在室温下恢复至少2h，出冰箱后24h之内用完；新启用的焊锡膏应在罐盖上记下开启日期和使用者姓名。,4）焊锡膏搅拌：焊锡膏使用前要用焊锡膏搅拌机或人工充分搅拌均匀。机器搅拌时间为13min，人工搅拌时，使用防静电锡膏搅拌刀，顺时针匀速搅拌24min；搅拌过的焊锡膏必须表面细腻，用搅刀挑起焊锡膏，焊锡膏可匀速落下，且长度保持在5 cm左右。图5-6所示是焊锡膏搅拌机的照片和内部结构。 5）检查PCB是否用错，有无不良。阅读PCB产品合格证，如PCB制造日期大于6个月应对PCB进行烘干处理（在125温度下烘干4h），通常在前一天进行。 6）检查模板是否与当前生产的PCB一致，窗口是否堵塞，
12、外观是否良好。,焊锡膏搅拌机,2.调整印刷工作参数 接通电源、气源后，印刷进入开通状态（初始化），对新生产的PCB来说，首先要输入PCB长、宽、厚以及定位识别标志（Mark）的相关参数，Mark可以纠正PCB的加工误差,制作Mark图像时，要图像清晰，边缘光滑，对比度强，同时还应输入印刷机各工作参数：印刷行程、刮刀压力、刮刀运行速度、PCB高度、模板分离速度、模板清洗次数与方法等相关参数。,相关参数设定好后，即可放入模板，使模板窗口位置与PCB焊盘图形位置保持在一定范围之内(机器能自动识别)，同时安装刮刀，进行试运行，此时应调节PCB与模板之间的间隙，通常应保持在“零距离”。正常后，即可放入充
13、分量的焊锡膏进行印刷，并再次调节相关参数，全面调节后即可存盘保留相关参数与PCB代号，不同机器的上述安装次序有所不同，自动化程度高的机器安装方便，一次就可以成功。,3.印刷焊锡膏 正式印刷焊锡膏时应注意下列事项：焊锡膏的初次使用量不宜过多，一般按PCB尺寸来估计，参考量如下：A5幅面约200g；B5幅面约300g；A4幅面约350g；在使用过程中，应注意补充新焊锡膏，保持焊锡膏在印刷时能滚动前进。注意印刷焊锡膏时的环境质量：无风、洁净、温度233，相对湿度70%。,4.印刷质量检验 对于模板印刷质量的检测，目前采用的方法主要有目测法、二维检测三维检测(自动光学检测，AOI)。在检测焊锡膏印刷质
14、量时，应根据元件类型采用不同的检测工具和方法，采用目测法(带放大镜)，适用不含细间距QFP器件或小批量生产，其操作成本低，但反馈回来的数据可靠性低，易遗漏，当印刷复杂PCB，如电脑主板时，最好采用基于视觉传感器与计算机视觉研究基础上的视觉检测系统，并最好是在线测试，可靠性可以达到100%。 检验标准的原则：有细间距QFP时(0.5mm)，通常应全部检查。当无细间距QFP时，可以抽检，抽检标准参见表5-1。,表5-1 印刷焊锡膏取样规则,检验标准：按照企业制定的企业标准或STT106701995以及IPC标准。 不合格品的处理：发现有印刷质量时，应停机检查，分析产生的原因，采取措施加以改进，凡Q
15、FP焊盘不合格者应用无水醇清洗干净后重新印刷。,5.清理与结束 当一个产品完工或结束一天工作时，必须将模板、刮刀全部清洗干净，若窗口堵塞，千万勿用坚硬金属针划捅，避免破坏窗口形状。焊锡膏放入另一容器中保存，根据情况决定是否重新使用。模板清洗后应用压缩空气吹干净，并妥善保存在工具架上，刮刀也应放入规定的地方并保证刮刀头不受损。 工作结束应让机器退回关机状态，并关闭电源与气源，同时应填写工作日志表和进行机器保养工作。,5.1.5 印刷机工艺参数的调节,1.刮刀的夹角 刮刀的夹角影响到刮刀对焊锡膏垂直方向力的大小，夹角越小，其垂直方向的分力Fy越大，通过改变刮刀角度可以改变所产生的压力。刮刀角度如果
16、大于80，则焊锡膏只能保持原状前进而不滚动，此时垂直方向的分力Fy几乎没有，焊锡膏便不会压入印刷模板窗开口。刮刀角度的最佳设定应在4560范围内进行，此时焊锡膏有良好的滚动性。,2.刮刀的速度 刮刀速度快，焊锡膏所受的力也大。但提高刮刀速度，焊锡膏压入的时间将变短，如果刮刀速度过快，焊锡膏不能滚动而仅在印刷模板上滑动。通常刮刀速度控制在2040mm/s时，印刷效果较好。因为焊锡膏流进窗口需要时间，这一点在印刷细间距QFP图形时尤为明显，当刮刀沿QFP焊盘一侧运行时，垂直于刮刀的焊盘上焊锡膏图形比另一侧要饱满，故有的印刷机具有刮刀旋转45的功能，以保证细间距QFP印刷时四面焊锡膏量均匀。,3.刮刀的压力 刮刀的压力即通常所说的印刷压力，印刷压力不足会导致PCB上焊锡膏量不足，如果印刷压力过大又会导致模板背后的渗漏，同时也会引起丝网或模板不必要的磨损。理想的刮刀速度与压力应该以正好把焊锡膏从钢板表面刮干净为准。 4.刮刀宽度 如果刮刀相对于PCB过宽，那么就需要更大的压力、更多
