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锡膏印刷机工作原理步骤图

锡膏印刷机工作原理步骤图

2020-08-29 11:37

 

摘要:随着电子技术的快速发展,电子元器件的小尺寸和高密度集成化,SMT工艺窗口日趋缩小,组装难度不断升级,加上SMT工艺复杂,在此背景下探讨如何减少产品故障率和返修率,提高产品的质量势在必行。本文在SMT众多复杂工艺中选择印刷工艺进行讨论,如何提高锡膏印刷质量。

 

SMTSurface Mount Technologe)即表面贴装技术作为先进的电子产品组装技术,经过数十年的发展,在国内电子制造业得到了广泛的应用。表面组装技术在实际电子组装中具有鲜明的优点,同时也存在不少缺点。SMT工序繁多,在SMT生产制造过程中难免会出现产品缺陷异常,影响产品的整体质量,如图1所示为通用的SMT工序图,印刷作为SMT工序中首要工序,印刷质量的好坏一定程度上直接影响到最终产品的质量,本文将讨论印刷工序中印刷机对印刷效果的影响。

 

图一 SMT工序图

1、 锡膏印刷

印刷主要解决焊盘上锡膏印刷量一致性的问题,即锡膏的填充与转移,锡膏印刷的质量不仅与焊盘、钢网开窗设计有关,同时也与印刷机各项印刷参数的调试有关。锡膏印刷的理想目标是锡膏的图形完整、位置不偏、厚度一致,即我们常常讲到的“位置”和“量”,对于锡膏位置控制比较简单,钢网孔对准焊盘即可,对于焊盘上实际上锡量的控制是比较难掌握的,结合生产实际印刷过程中对“量”的控制,总结影响“量”的因素主要有以下几点:

(1) 锡膏的填充率,主要取决于印刷机运动参数和刮刀;

(2) 锡膏的转移率,主要取决于钢网开口面积比和抛光方式;

(3) 钢网与FPC间间隙,主要取决于FPC焊盘设计、阻焊膜设计、印刷机支撑。

下面我们将从设备方面讨论印刷机的运动参数设定和平台支撑对印刷质量的影响。

图二 锡膏印刷原理

2、 印刷原理

锡膏印刷类似丝网印刷,不同在于锡膏印刷采用的是钢制漏板而非丝网板,锡膏印刷原理与参数如图二所示。

从印刷原理图中看出影响锡膏印刷质量主要包括二个方面:

(1) 刮刀参数设置;

(2) FPC板支撑度。

3、刮刀参数设置

1)刮刀角度设置

刮刀角度不同垂直方向上作用在锡膏上的作用力大小不同,作用力太大太小一定程度上都影响锡膏印刷质量,如图三所示为锡膏印刷质量与刮刀角度关系。

图三 刮刀角度与印刷质量关系

从图中看出,刮刀角度越小,垂直方向上作用在锡膏上的压力越大,越不容易刮净钢网表面的锡膏;刮刀角度过大,锡膏不能滚动起来,锡膏的填充效果依然较差,一般推荐使用刮刀角度范围为45°~75°(一般全自动印刷机都固定在60°)。

 

2)刮刀压力设置

印刷机控制刮刀压力大小实际上是控制刮刀垂直向下的行程。实际印刷过程中我们判断刮刀压力大小是否合适基本上是通过观察FPC板与钢网表面无间隙接触、钢网表面锡膏刮净为宜。压力过大,将导致大尺寸焊盘上锡膏图形中间被挖空不良;压力过小,焊盘填充不充分,刮不干净,同时易形成拉尖。如下图所示。

图四 刮刀压力过大

图五 刮刀压力过小

 

3)脱网速度设置

脱网速度主要影响锡膏的转移以及锡膏图形形态,但图形的形态主要取决于锡膏本身性能,与其所使用的溶剂和粘度有更大的关系。一般来讲,锡膏粘度越大,印刷过程中容易发生堵孔、拉尖的现象;使用低沸点溶剂时长时间印刷锡膏容易干、脱模性变差。如图六所示为锡膏转移原理,锡膏的转移并不是完全由锡膏的粘性决定,锡膏侧方向的空气压力对锡膏的转移也起着决定性作用。

图六 锡膏转移原理

理想情况下的锡膏转移如图六所示,实际印刷过程中,钢网孔中有锡膏残留,脱网时这些锡膏往往不会转移到焊盘上,而是被拉起,形成超高的锡膏图形,即我们常常看到的“拉尖”现象,同时锡膏图形边缘似乎被挤压的痕迹,如图七所示。

图七 “拉尖”形成机理

4、支撑平台对印刷的影响

FPC板的支撑也是锡膏印刷中重要的调试内容,FPC印刷时缺乏有效的支撑或支撑不合理,将导致锡膏增厚,这对于细间距元器件焊接将是致命的。FPC支撑主要实现钢网在刮刀压力作用下能够紧贴FPC表面。生产过程中我们常用的支撑方式有顶针支撑、支撑模块支撑,一般经验是将FPC支撑在宽度方向略微向上变形的形态,如图八所示,这样能够保证FPC与刮刀接触的地方平行。

图八 FPC板支撑要求

5、钢网擦拭对印刷的影响

随着印刷次数的增多,钢网底部和网孔都会粘附锡膏,不仅影响钢网与FPC板间的紧密接触,还会堵塞网孔,影响印刷。目前全自动印刷机都具备自动擦拭钢网的功能,可进行干擦、湿擦、真空擦及其组合擦,如“湿擦+真空擦+干擦”、“湿擦+干擦+真空擦”,但是长时间印刷单凭其自动清洗功能是不能完全清除钢网底部、钢网孔内锡膏,一般根据实际生产情况在印刷达到一定次数后增加一道人工清洗工艺。

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