单元4--全自动与半自动印刷机金属模板印刷焊膏工艺.ppt

全自动与半自动印刷机金属模板印刷焊膏工艺工艺流程,焊膏印刷是保证SMT质量的关键工序。目前一般都采用模板印刷。据资料统计，在PCB设计正确、元器件和印制板质量有保证的前提下，表面组装质量问题中有70%的质量问题出在印刷工艺。,1.4影响印刷质量的主要因素：a首先是模板质量模板印刷是接触印刷，因此模板厚度开口尺寸确定了焊膏的印刷量。焊膏量过多会产生桥接，焊膏量少会产生焊锡不足或虚焊。模板开口形状以及开口是否光滑也会响脱模质量。b其次是焊膏的黏度、印刷性（滚动性、转移性）、触变性常温下的使用寿命等都会影响印刷质量。如果焊膏的印刷性不好严重时焊膏只是在模板上滑动，这种情况下是根本印不上焊膏c印刷工艺参数刮刀速度、刮刀压力、刮刀与网板的角度以及焊膏的黏度之间都存在一定的制约关系，因此只有正确控制这些参数，才能保证焊膏的印刷质量。,图形对准和制作Mark图像虽然全自动印刷机都配有图象识别系统，但必须通过人工对作台或对模板作X、Y、的精细调整，使PCB的焊盘图形与模板孔图形完全重合。制作Mark图像时要使图像清晰、边缘光滑、黑分明，如果图形对准有误差，Mark图像不清晰，机器是不能达到有的印刷精度的，因此必须仔细调整。前、后印刷极限前、后刷极限应设置在模板图形前、后至少各20mm处；以防焊膏漫流到模板的起始和终止印刷位置处的开口中，造成该处焊图形粘连等印刷缺陷。印刷速度一般设置为15mm/sec40mm/sec,由于刮刀速度与焊膏的粘稠度呈反比关系，有窄间距，高密度图形时，速度要慢一些。速度过快，刮刀经过模板开口的时间太短，焊膏不能充分渗入开口中，容易造成焊膏图形不饱满或漏印的印刷缺陷。,刮刀压力一般设置为2kg5kg/cm2（不同厂家的印刷机略有差异）。刮压力也是影响印刷质量的重要因素。刮刀压力实际是指刮刀下降的度，压力太小，可能会发生两种情况：第种情况是由于刮刀压小，刮刀在前进过程中产生的向下的Y分力也小，会造成漏印量不足。第种情况是由于刮刀压力小，刮刀没有紧贴模板表面，印刷时由刮刀与PCB之间存在微小的间隙，因此相当于增加了印刷厚度。另外力过小会使模板表面留有一层焊膏，容易造成图形粘连等印刷缺陷因此理想的刮刀压力应该恰好将焊膏从模板表面刮干净。在刮刀角度一定的情况下，印刷速度和刮刀压力存在一定的关系，低速度相当于增加压力，适当降低压力可起到提高印刷速度的效,印刷间隙印刷间隙是指模板底面与PCB表面之间的距离。如果模板厚合适，一般都应采用0距离印刷。有时需要增加一些焊膏量时，以适当拉开一点距离。一般控制在00.07mm。模板与PCB的分离速度当刮刀完成一个印刷行程后，模板离开PCB的瞬时速度称为离速度。适当调节分离速度，使模板离开焊膏图形时有一个微小停留过程，让焊膏从模板的开口中完整释放出来（脱模），以获最佳的焊膏图形。有窄间距，高密度图形时，分离速度要慢一些清洗模式和清洗频率经常清洗模板底面也是保证印刷质量的因素。清洗模式有干檫、湿檫、有的设备还配有真空吸。应根据印密度进行设置。一般设置为一湿一干或二湿一干。有窄间距，高度图形时，清洗频率要高一些，以保证印刷质量为准。,d设备精度方面在印刷高密度窄间距产品时，印刷机的印刷精度和重复印刷精度也会起一定的作用。e对回收焊膏的使用与管理，环境温度、湿度、以及环境卫生，对焊点质量都有影响回收的焊膏与新焊膏要分别存放，环境温度过高会降低焊膏黏度，湿度过大时焊膏会吸收空气中的水分，湿度过小时会加速焊膏中溶剂的挥发，环境中灰尘混入焊膏中会使焊点产生针孔。（一般要求环境温度233，相对湿度4570%）,1.5SMT不锈钢激光模板制作外协程序及工艺要求印刷模板，又称漏板、钢板，它是用来定量分配焊膏，是保证焊膏印刷质量的的关键工装。金属模板的制造方法:（1）化学腐蚀法（减成法）锡磷青铜、不锈钢板。（2）激光切割法不锈钢、高分子聚脂板。（3）电铸法（加成法）镍板。,三种制造方法的比较,在表面组装技术中，焊膏的印刷质量直接影响表面组装板的加工质量。在焊膏印刷工艺中不锈钢模板的加工质量又直接影响焊膏的印刷质量，模板厚度与开口尺寸决定了焊膏的印刷量。而不锈钢激光模板均需要通过外协加工制作，因此在外协加工前必须正确填写“激光模板加工协议”和“SMT模板制作资料确认表”，选择恰当的模板厚度和设计开口尺寸等参数，以确保焊膏的印刷质量。,下面介绍不锈钢激光模板制作的外协程序及模板制作工艺要求中各种参数的确定方法：1.5.1向模板加工厂索取“激光模板加工协议”和“SMT模板制作资料确认表目前国内不锈钢激光模板加工厂主要有以下几个厂家：*深圳允升吉电子有限公司（联系电话*北京四方利华科技发展有限公司（联系电话*深圳光韵达实业有限公司（联系电话*深圳光宏电子有限公司（联系电话*台湾正中印刷器材有限公司（天津联系电,1.5.2给模板加工厂发E-Mail(用CAD软盘)或邮寄胶片1.5.2.1要求E-Mail传送的文件：a纯贴片的焊盘层（PADS）；b与贴片元件的焊盘相对应的丝印层（SILK）；c含PCB边框的顶层（TOP）；d如果是拼板，需给出拼板图；1.5.2.2邮寄黑白胶片的要求（当没有CAD文件时，可以邮寄黑白胶片）a含PCB边框纯贴片的焊盘层（PADS）黑白胶片，如果是拼板需给出拼板胶片。b必须注明印刷面,1.5.3按照模板加工厂的要求填写“激光模板加工协议”和“SMT模制作资料确认表”，并传真给模板加工厂，还可以打电话说明加要求。“SMT模板制作资料确认表”填写方法（即模板制作工艺要求确定方法）：1.5.3.1确认印刷面；模板加工时要求喇叭口向下，有利于印刷后焊膏脱模，以保证印刷的焊膏图形完整，边缘清晰，从而提高印刷质量。因此要求与模板加工厂确认印刷面。（如果喇叭口向上，脱模时容易从倒角处带出焊膏，使焊膏图形不完整）。确认方法：将含PCB边框的顶层（TOP）或丝印层（SILK）的图形发传真给对方，在确认表上确认该面是否印刷面。也可在图纸上标明该面是否印刷面。1.5.3.2确认焊盘图形是否正确如有不需要开口的图形，应在确认表上确认，并在传真的图纸上注明。,1.5.3.3.模板的厚度；模板印刷是接触印刷，印刷时不锈钢模板的底面接触PCB表面，此模板的厚度就是焊膏图形的厚度，模板厚度是决定焊膏量的关键数，因此必须正确选择模板厚度。另外，可以通过适当修改开口尺来弥补不同元器件对焊膏量的不同需求。总之，模板的厚度与开口寸决定了焊膏的印刷量。模板厚度应根据印制板组装密度、元器件大小、引脚（或焊球之间的间距进行确定。大的Chip元件以及PLCC要求焊膏量多一些,则板厚度厚一些；小的Chip元件以及窄间距QFP和窄间距BGA（BGA）CSP要求焊膏量少一些,则模板厚度薄一些。,但通常在同一块PCB上既有1.27mm以上一般间距的元器件，也有窄间距元器件，1.27mm以上间距的元器件需要0.2mm厚，窄间距的器件需要0.150.1mm厚，这种情况下可根据PCB上多数元器件的情况决定不锈钢板厚度，然后通过对个别元器件焊盘开口尺寸的扩大或缩小进行调整焊膏的漏印量。如果在同一块PCB上元器件要求焊膏量悬殊比较大时，可以对间距元器件处的模板进行局部减薄处理，但减薄工艺的加工成本高一些，因此可以采用折中的方法，不锈钢板厚度可取中间值。例如同一块PCB上有的元器件要求0.2mm厚，另一些元器件要求0.150.12mm厚，此时不锈钢板厚度可选择0.18mm。填写确认表时对一般间距元器件的开口可以1:1，对要求焊膏量多的大Chip元件以及PLCC的开口面积应扩大10%。对于引脚间距为0.65mm、0.5mm的QFP等件，其开口面积应缩小10%。,1.5.3.4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。举例：DEK260印刷机的印刷面积及网框尺寸：a最大PCB尺寸：420mm450mm；b最大印刷面积：420mm420mm；c模板边框尺寸：23英寸23英寸（584mm584mm）；d边框型材规格：25.4mm38.1mm；e边框钻孔尺寸和位置见图1。,图1DEK260印刷机模板边框钻孔尺寸和位置示意图,另外考虑到刮刀起始位置和焊膏流动，在不锈钢板漏印图形四围应留有刮刀和焊膏停留的尺寸，一般情况漏印图形四周与网板粘接胶的边缘之间至少要留有40mm以上距离，见图2。具体留多少尺寸应根据不同印刷机确定。,图2漏印图形位置要求示意图,1.5.3.5PCB位置指印刷图形放在模板的什么位置：以PCB外形居中；或以焊盘图形居中；或有特殊要求，如在同一块模板上加工两种以上PCB的图形等。（a）一般情况下应以焊盘图形居中，以焊盘图形居中印刷时能选用小尺寸的刮刀，可以节省焊膏，还可以减少焊膏铺展面积，从而减少焊膏与空气接触面积，有利于防止焊膏中溶剂挥发。（b）当印制板尺寸比较大，而焊盘图形的位置集中在PCB的某一边时，应采用以PCB外形居中，如果以焊盘图形居中，印刷时可,（c）当PCB尺寸很小或焊盘图形范围很小时，可将双面板的图形或几个产品的漏印图形加工在同一块模板上，这样可以节省模板加工费。但必须给加工厂提供几个产品图形在模板上的布置要求，用文字说明或用示意图说明，见图3。,两个产品的图形间距（1020mm即可）,图3几个产品的漏印图形加工在同一块模板上示意图,1.5.3.6Mark的处理方式（是否需要Mark,放在模板的哪一面等）；模板上的Mark图形是全自动印刷机在印刷每一块PCB前进行PCB基准校准用的，因此半自动印刷机模板上不需要制作Mark图形；全自动印刷机必须制作Mark图形，至于放在模板的哪一面，应根据印刷机具体构造（摄象机的位置）而定。1.5.3.7是否拼板，以及拼板要求如果是拼板应给出拼板的PCB文件。1.5.3.8插装焊盘环的要求；由于插装元器件采用再流焊工艺时，比贴装元器件要求较多的焊膏量，因此如果有插装元器件需要采用再流焊工艺时，可提出特殊要求。1.4.3.9测试点的开口要求根据设计要求提出测试点是否需要,1.5.3.10对焊盘开口尺寸和形状的修改要求引脚间距、元件尺寸、焊盘尺寸、模板开口尺寸与模板厚度之间存在一定关系的。焊膏的印刷量与模板厚度、开口尺寸成正比，各种器件对模板厚度与开口尺寸有不同要求，参考表1。,表1各种元器件对模板厚度与开口尺寸要求参考表,BGA/CSP、FlipChip采用方形开口比圆形开口的印刷质量好。在没有高密度、窄间距情况下，模板开口宽度与开口面积都较大，在印刷过程中，刮刀在模板上刮动时，焊膏被挤压到模板开孔中，当印制板脱离模板的过程中，挤压到开孔中的焊膏能完从开孔壁上释放出来，焊膏流入印制板的焊盘上，形成完整的焊图形，因此能保证焊膏的印刷量和焊膏图形的质量。但在高密度、窄间距印刷时，由于开口尺寸极小，在正常的刀压力和移动速度下，焊膏经过模板开口处时不能完全、甚至不从开孔壁上释放出来与PCB的焊盘接触，造成漏印或焊膏量不足。虽然增加刮刀压力和减慢刮刀移动速度能提高印刷质量，但样做会影响印刷效率，同时也不能完全保证印刷质量。,1.5.3.10为了正确控制焊膏的印刷量和焊膏图形的质量，高密度窄间距情况下还必须首先保证模板开口宽度与模板厚度的比率1.5，模板开口面积与开口四周孔壁面积的比率0.66（IPC7525准），这是模板开口设计最基本的要求，见图4。,图4高密度、窄间距印刷时模板开口尺寸基本要求示意图开口宽度(W)/模板厚度(T)1.5开口面积(WL)/孔壁面积2(L+W)T0.66（IPC7525标准）,实际生产中，在同一块印制板上往往有各种不同的元器件，它们对焊膏量的要求也不同。因此，确定了模板厚度以后，针对不同的印制板的具体情况，对焊盘开口形状和尺寸应提出不同的修改要求，例如：a当没有窄间距情况下模板的开口形状和尺寸与其相对应的焊盘相同即可；b当使用免清洗焊膏，采用免清洗工艺时，为了提高印刷质量，模板的开口尺寸应缩小5%；c当在同一块PCB上元器件要求焊膏量悬殊比较大时，例如在同一块PCB上既有1.27mm以上一般间距的元器件，也有窄间距元器件，首先根据PCB上多数元器件的的情况决定不锈钢板厚度，然后根据PCB上元器件的具体情况应说明哪些元件1:1开口；哪些元件需要扩大或缩小开口，并给出扩大或缩小百分比；,d适当的开口形状可改善贴装效果，例如当Chip元件尺寸小于1005时，由于两个焊盘之间的距离很小，贴片时两端焊盘上的焊膏在元件底部很容易粘连，再流焊后很容易产生元件底部的桥接和焊球。因此加工模板时可将一对矩形焊盘开口的内侧修改成尖角形或梯形，减少元件底部的焊膏量，这样可以改善贴片时元件底部的焊膏粘连，见图5。具体修改方案可参照模板加工厂的“印焊膏模板开口设计”资料来确定。,图5Chip元件模板开口修改方案示意图,1.5.3.11有无电抛光工艺要求电抛光工艺用于开口中心距0.5mm以下的模板，用于去除激加工的毛刺。当引脚间距为0.4mm、0.3mm的QFP和CSP等情况时需采用电抛光工艺。电抛光工艺不是每个模板加工厂都具备的，如果有此项要求应在加工前与模板加工厂确认。1.5.3.12用途（说明加工的模板用于印刷焊膏还是印刷贴片胶）1.5.3.13是否需要