SMT焊接工艺-锡膏印刷

一、焊膏印刷工艺的本质

 

1、焊膏印刷的本质

焊膏印刷工艺,主要解决的是焊膏印刷量一致性的问题(填充与转移),而不是每个焊点对焊膏量的需求问题。换句话说,焊膏印刷工艺解决的是一个焊接直通率波动的问题,而不是直通率高低的问题!要解决直通率高低的问题,关键在焊膏分配,既通过焊盘、阻焊与钢网开窗的优化与匹配设计,对每个焊点按需分配焊膏量。我们经常听到说“焊接不良的60%以上源于印刷的不良”,其实这话不准确,准确地讲应是“焊接不良的60%以上源于焊膏的分配”。

2、焊接直通率与焊膏分配的关系

 

 

二、焊膏印刷的原理

焊膏印刷原理如图所示,通过刮刀的刮动将焊膏填充到钢网开窗内,再通过印制板与钢网的分离,将焊膏转移沉积在PCB焊盘上。显然,焊膏印刷工艺过程可以细分为填充与转移两个子过程。

 

 

1、焊膏填充的影响因素

焊膏的填充率主要取决于印刷速度、刮刀角度以及焊膏的供给量,见图所示。简单讲,速度越快、角度越小,焊膏向下的力越大,也越易于填充。但也越容易发生将焊膏挤到钢网底面的危险或填充不完全的风险,详细见有关专著。

 

2、焊膏转移的影响因素

焊膏的转移率主要取决于钢网的面积比和钢网孔壁的粗糙度,见图所示。

 

面积比是影响焊膏转移的重要因素,工程上一般要求面积比大于0.66,在此条件下可获得70%以上的转移率,见图所示。

 

三、影响焊膏量一致性的因素

焊膏印刷理想的目标是焊膏图形完整、位置不偏、厚度一致,其核心就是“位置”和“量”符合要求并保持一致性。

焊膏图形位置的控制一般比较简单,只要钢网与焊盘对准即可。真正难做的是保持焊膏印刷量符合要求并保持一致性。

一般决定焊膏量的因素有:

1、焊膏的填充率,取决于刮刀及其运动参数的设置;

2、焊膏的转移率,取决于钢网开窗与侧壁的面积比;

3、钢网与PCB的间隙,取决于PCB的焊盘、阻焊设计与印刷支撑。

 

填充率——印刷时钢网开窗内被焊膏填满的体积百分比; 

转移率——钢网开窗内焊膏沉积到焊盘上的体积百分比。

 

 

四、焊膏印刷工艺的控制

1、印刷参数的设置要求

焊膏印刷主要设备参数有:刮刀的角度(α)、压力(F)、速度( v)及脱模速度(V1/V2),如图所示。

 

(1)刮刀角度

刮刀角度越小,施加到焊膏向下的力也越大,但也越不容易刮净钢网表面的焊膏。角度太大,焊膏滚动不起来,焊膏填充效果同样比较差。

刮刀角度推荐45°~75°(一般全自动机都固定在60°左右)。

 

(2)刮刀速度

刮刀速度影响焊膏的填充率。刮刀速度越快,焊膏的黏度越小,越有利于焊膏的填充;但另一方面,速度越快,焊膏的填充时间则越短,越不利于焊膏的填充。也就是刮刀速度对于填充的影响是复杂的,一般而言,速度在100mm/s之前,填充时间起主导作用,在100mm/s之后,焊膏黏度起主导作用,但有一点是共同的,就是速度太快(高于180mm/s)或太慢(低于20mm/s),都不利于焊膏的填充。

刮刀速度是否合适,应从填充效果进行判断。

刮刀速度推荐范围:

a)安装普通间距元器件的板:140~160mm/s;

b)安装精细间距元器件的板:25~60mm/s.

 

(3)刮刀压力

刮刀压力,实际是控制刮刀向下的行程。印刷时,只要钢网底面与PCB无间隙接触、表面焊膏刮干净即可,在此状况下压力越小越好!

刮刀压力一般按照0.5Kg/1″进行初始设定。

 

(4)脱网速度

脱网速度,包括PCB脱离和刮刀脱离速度(V1/V2),也是影响焊膏印刷图形质量的重要因素之一。一般而言,脱网速度越快,孔壁处焊膏的黏度越小, 越容易与钢网分离并保持图象原状。但脱网速度超过一定的限值后,容易引起钢网反弹,形成“狗耳朵”现象;如果太慢,钢网很容易把焊膏边缘带走,形成馒头状或边缘毛刺现象,分别见图所示。具体多大合适,取决与焊膏本身的黏度。

 

(5) 其它

另外,刮刀移动相对于钢网开窗的方向也影响焊膏的沉积率(有填充率和转移率共同作用的实际焊膏量)。一般而言,与刮刀移动方向平行的焊盘上的焊膏沉积量会比较多,且表面呈波浪式的不平形态(压力释放的结果);而与刮刀移动方向垂直的焊盘上的焊膏沉积量比较少,且比较宽(这与印刷速度有关),见图所示。

 

此现象说明,钢网开窗图形对填充率有影响,单个开窗内已经刮平的焊膏图形会受到后续继续填充的影响,不完全保持“刮平”状态,有可能被挤而鼓起。

 

1.擦网

擦网的目的是保持印刷厚度的稳定和图形完整。

一般图形完整性容易辩识,但厚度必须用专门的焊膏厚度测试仪来测量,目检无法辩识。因此,定期抽检焊膏厚度极其重要。

除了开启印刷机的自动清洗功能,一般还需要定期手工清洗。

印刷过程中,随印刷次数的增加,钢网底部会污染,在孔口周围形成硬痂

(相等于钢网变厚和开口面积变小),需要定期清除(用沾有清洗剂的无纺布擦或铲刀铲除)。对于普通间距元件的焊膏印刷,一般每印30~50块板需要人工清除一次;如果连续印刷时间超过8h,应该用清洗机彻底清洗一次, 使孔口周围干的焊膏硬痂清除掉。

需要提醒地是:应慎用湿洗功能。钢网侧壁的焊膏事实上具有润滑功能,

利于脱模(钢网)。如果洗的太干净反而有害,不利于脱模!

 

2.PCB的支撑

PCB的支撑,是焊膏印刷最重要的调试内容。

PCB缺乏有效的支撑或支撑不合理,将导致焊膏增厚,这点对于精细间距元器件的焊接将是致命的。

PCB支撑要达到的目标是钢网在刮刀压力作用下能够紧贴PCB表面。

一般经验是将PCB支撑为在宽度方向略微向上变形的状态,如图所示,这样能够保证PCB与刮刀接触的地方平行。

 

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