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錫膏印刷過程的質(zhì)量控制

2020-05-19 12:01:49 603

在表面貼裝裝配的回流焊接中,錫膏用于表面貼裝元件的引腳或端子與焊盤之間的連接。有許多變量,如錫膏、絲印機、錫膏應(yīng)用方法和印刷工藝過程。在印刷錫膏的過程中,基板放在工作臺上,機械地或真空夾緊定位,用定位銷或視覺來對準(zhǔn)?;蛘呓z網(wǎng)(screen)或者模板(stencil)用于錫膏印刷。本文將著重討論幾個關(guān)鍵的錫膏印刷問題,如模板設(shè)計和印刷工藝過程。

印刷工藝過程與設(shè)備   

在錫膏印刷過程中,印刷機是達(dá)到所希望的印刷品質(zhì)的關(guān)鍵。

在手工或半自動印刷機中,錫膏是手工地放在模板/絲網(wǎng)上,這時印刷刮板(squeegee)處于模板的另一端。在自動印刷機中,錫膏是自動分配的。在印刷過程中,印刷刮板向下壓在模板上,使模板底面接觸到電路板頂面。當(dāng)刮板走過所腐蝕的整個圖形區(qū)域長度時,錫膏通過模板/絲網(wǎng)上的開孔印刷到焊盤上。   

在錫膏已經(jīng)沉積之后,絲網(wǎng)在刮板之后馬上脫開(snap off),回到原地。這個間隔或脫開距離是設(shè)備設(shè)計所定的,大約0.020"~0.040"。脫開距離與刮板壓力是兩個達(dá)到良好印刷品質(zhì)的與設(shè)備有關(guān)的重要變量。    如果沒有脫開,這個過程叫接觸(on-contact)印刷。當(dāng)使用全金屬模板和刮刀時,使用接觸印刷。非接觸(off-contact)印刷用于柔性的金屬絲網(wǎng)。

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刮板(squeegee)類型   

刮板的磨損、壓力和硬度決定印刷質(zhì)量,應(yīng)該仔細(xì)監(jiān)測。對可接受的印刷品質(zhì),刮板邊緣應(yīng)該鋒利和直線。刮板壓力低造成遺漏和粗糙的邊緣,而刮板壓力高或很軟的刮板將引起斑點狀的(smeared)印刷,甚至可能損壞刮板和模板或絲網(wǎng)。過高的壓力也傾向于從寬的開孔中挖出錫膏,引起焊錫圓角不夠。

常見有兩種刮板類型:橡膠或聚氨酯(polyurethane)刮板和金屬刮板。當(dāng)使用橡膠刮板時,使用70-90橡膠硬度計(durometer)硬度的刮板。當(dāng)使用過高的壓力時,滲入到模板底部的錫膏可能造成錫橋,要求頻繁的底部抹擦。為了防止底部滲透,焊盤開口在印刷時必須提供密封(gasketing)作用。這取決于模板開孔壁的粗糙度。

模板(stencil)類型   

重要的印刷品質(zhì)變量包括模板孔壁的精度和光潔度。保存模板寬度與厚度的適當(dāng)?shù)目v橫比(aspect ratio)是重要的。推薦的縱橫比為1.5。這對防止模板阻塞是重要。一般,如果縱橫比小于1.5,錫膏會保留在開孔內(nèi)。除了縱橫比之外,如IPC-7525《模板設(shè)計指南》所推薦的,還要有大于0.66的面積比(焊盤面積除以孔壁面積)。IPC-7525可作為模板設(shè)計的一個良好開端。

制作開孔的工藝過程控制開孔壁的光潔度和精度。有三種常見的制作模板的工藝:化學(xué)腐蝕、激光切割和加成(additive)工藝。   

化學(xué)腐蝕(chemically etched)模板   

金屬模板和柔性金屬模板是使用兩個陽性圖形通過從兩面的化學(xué)研磨來蝕刻的。在這個過程中,蝕刻不僅在所希望的垂直方向進行,而且在橫向也有。這叫做底切(undercutting) - 開孔比希望的較大,造成額外的焊錫沉積。因為50/50從兩面進行蝕刻,其結(jié)果是幾乎直線的孔壁,在中間有微微沙漏形的收窄。   

因為電蝕刻模板孔壁可能不平滑,電拋光,一個微蝕刻工藝,是達(dá)到平滑孔壁的一個方法。另一個達(dá)到較平滑孔壁的方法是鍍鎳層(nickel plating)。拋光或平滑的表面對錫膏的釋放是好的,但可能引起錫膏越過模板表面而不在刮板前滾動。這個問題可通過選擇性地拋光孔壁而不是整個模板表面來避免。鍍鎳進一步改善平滑度和印刷性能。可是,它減小了開孔,要求圖形調(diào)整   

激光切割(laser-cut)模板   

激光切割是另一種減去(subtractive)工藝,但它沒有底切問題。模板直接從Gerber數(shù)據(jù)制作,因此開孔精度得到改善。數(shù)據(jù)可按需要調(diào)整以改變尺寸。更好的過程控制也會改善開孔精度。激光切割模板的另一個優(yōu)點是孔壁可成錐形。化學(xué)蝕刻的模板也可以成錐形,如果只從一面腐蝕,但是開孔尺寸可能太大。板面的開口稍微比刮板面的大一點的錐形開孔(0.001"~0.002",產(chǎn)生大約2°的角度),對錫膏釋放更容易。   

激光切割可以制作出小至0.004"的開孔寬度,精度達(dá)到0.0005",因此很適合于超密間距(ultra-fine-pitch)的元件印刷。激光切割的模板也會產(chǎn)生粗糙的邊緣,因為在切割期間汽化的金屬變成金屬渣。這可能引起錫膏阻塞。更平滑的孔壁可通過微蝕刻來產(chǎn)生。激光切割的模板如果沒有預(yù)先對需要較薄的區(qū)域進行化學(xué)腐蝕,就不能制成臺階式多級模板。激光一個一個地切割每一個開孔,因此模板成本是要切割的開孔數(shù)量而定。   

電鑄成型(electroformed)模板   

制作模板的第三種工藝是一種加成工藝,最普遍地叫做電鑄成型。在這個工藝中,鎳沉積在銅質(zhì)的陰極心上以形成開孔。一種光敏干膠片疊層在銅箔上(大約0.25"厚度)。膠片用紫外光通過有模板圖案的遮光膜進行聚合。經(jīng)過顯影后,在銅質(zhì)心上產(chǎn)生陰極圖案,只有模板開孔保持用光刻膠(photoresist)覆蓋。然后在光刻膠的周圍通過鍍鎳形成了模板。在達(dá)到所希望的模板厚度后,把光刻膠從開孔除掉。電鑄成型的鎳箔通過彎曲從銅心上分開 - 一個關(guān)鍵的工藝步驟?,F(xiàn)在箔片準(zhǔn)備好裝框,制作模板的其它步驟。   

電鑄成型臺階式模板可以做得到,但成本增加。由于可達(dá)到精密的公差,電鑄成型的模板提供良好的密封作用,減少了模板底面的錫膏滲漏。這意味著模板底面擦拭的頻率顯著地降低,減少潛在的錫橋。

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