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SMT基礎(chǔ)知識(shí)之錫膏印刷
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作者:sztongweicom
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發(fā)布時(shí)間: 1609天前
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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(jī)、錫膏應(yīng)用方法和印刷工藝過(guò)程。在印刷錫膏的過(guò)程中，基板放在工作臺(tái)上，機(jī)械地或真空夾緊定位，用定位銷或視覺(jué)來(lái)對(duì)準(zhǔn)，用模板(stencil)進(jìn)行錫膏印刷。
在模板錫膏印刷過(guò)程中，印刷機(jī)是達(dá)到所希望的印刷品質(zhì)的關(guān)鍵。
在印刷過(guò)程中，錫膏是自動(dòng)分配的，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(guò)所腐蝕的整個(gè)圖形區(qū)域長(zhǎng)度時(shí)，錫膏通過(guò)模板/絲網(wǎng)上的開(kāi)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(kāi)(snapoff)，回到原地。這個(gè)間隔或脫開(kāi)距離是設(shè)備設(shè)計(jì)所定的，大約0.020"~0.040"。
脫開(kāi)距離與刮板壓力是兩個(gè)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(méi)有脫開(kāi)，這個(gè)過(guò)程叫接觸(on-contact)印刷。當(dāng)使用全金屬模板和刮刀時(shí)，使用接觸印刷。非接觸(off-contact)印刷用于柔性的金屬絲網(wǎng)。
在錫膏印刷中有三個(gè)關(guān)鍵的要素， 我們叫做3S： Solder paste(錫膏)，Stencils(模板)，和Squeegees(刮板)。三個(gè)要素的正確結(jié)合是持續(xù)的印刷品質(zhì)的關(guān)鍵所在。
刮刀（Squeegee）
刮刀在印刷時(shí)，使刮板將錫膏在前面滾動(dòng)，使其流入模板孔內(nèi)， 然后刮去多余錫膏， 在PCB焊盤上留下與模板一樣厚的錫膏。
常見(jiàn)有兩種刮刀類型：橡膠或聚氨酯(polyurethane)刮刀和金屬刮刀。
金屬刮刀由不銹鋼或黃銅制成，具有平的刀片形狀，使用的印刷角度為30~55°。使用較高的壓力時(shí)，它不會(huì)從開(kāi)孔中挖出錫膏，還因?yàn)槭墙饘俚?，它們不象橡膠刮刀那樣容易磨損，因此不需要鋒利。它們比橡膠刮刀成本貴得多，并可能引起模板磨損。橡膠刮刀，使用70-90橡膠硬度計(jì)(durometer)硬度的刮刀。
當(dāng)使用過(guò)高的壓力時(shí)，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。甚至可能損壞刮刀刀片和模板或絲網(wǎng)。過(guò)高的壓力也傾向于從寬的開(kāi)孔中挖出錫膏，引起焊錫圓角不夠。刮刀壓力低造成遺漏和粗糙的邊緣，刮刀刀片的磨損、壓力和硬度決定印刷質(zhì)量，應(yīng)該仔細(xì)監(jiān)測(cè)。對(duì)可接受的印刷品質(zhì)，刮刀刀片邊緣應(yīng)該鋒利、平直。
模板（Stencil）類型
目前使用的模板主要有不銹鋼模板，其的制作主要有三種工藝：化學(xué)腐蝕、激光切割和電鑄成型。
由于金屬模板和金屬刮板印出的錫膏較飽滿， 有時(shí)會(huì)得到厚度太厚的印刷， 這可以通過(guò)減少模板的厚度的方法來(lái)糾正。
另外可以通過(guò)減少(“微調(diào)”)絲孔的長(zhǎng)和寬10 %，以減少焊盤上錫膏的面積。 從而可改善因焊盤的定位不準(zhǔn)而引起的模板與焊盤之間的框架的密封情況，減少了錫膏在模板底和PCB 之間的“ 炸 開(kāi) ”。 可使印刷模板底面的清潔次數(shù)由每5或10 次印刷清潔一次減少到每50次印刷清潔一次。
錫膏（Solder paste）
錫膏是錫粉和松香(resin)的結(jié)合物，松香的功能是在回流(reflowing)焊爐的第一階段，除去元件引腳、焊盤和錫珠上的氧化 物，這個(gè)階段在150℃持續(xù)大約三分鐘。焊錫是鉛、錫和銀的合金，在回流焊爐的第二階段，大約220℃時(shí)回流。
粘度是錫膏的一個(gè)重要特性，我們要求其在印刷行程中，其粘性越低，則流動(dòng)性越好，易于流入模板孔內(nèi)，印到PCB的焊盤上。在印刷過(guò)后，錫膏停留在PCB焊盤上，其粘性高，則保持其填充的形狀，而不會(huì)往下塌陷。
錫膏的標(biāo)準(zhǔn)粘度大約在500kcps~1200kcps范圍內(nèi)，較為典型的800kcps用于模板絲印是理想的。
判斷錫膏是否具有正確的粘度,有一種實(shí)際和經(jīng)濟(jì)的方法，如下：用刮勺在容器罐內(nèi)攪拌錫膏大約30秒鐘，然后挑起一些錫膏，高出容器罐三、四英寸，讓錫膏自行往下滴，開(kāi)始時(shí)應(yīng)該象稠的糖漿一樣滑落而下，然后分段斷裂落下到容器罐內(nèi)。如果錫膏不能滑落，則太稠，粘度太低。如果一直落下而沒(méi)有斷裂，則太稀，粘度太低。
（1）工藝參數(shù)設(shè)置
模板與PCB的分離速度與分離距離（Snap-off）絲印完后，PCB與絲印模板分開(kāi)，將錫膏留在PCB 上而不是絲印孔內(nèi) 。
對(duì)于最細(xì)密絲印孔來(lái)說(shuō)，錫膏可能會(huì)更容易粘附在孔壁上而不是焊盤上，模板的厚度很重要， 有兩個(gè)因素是有利的：
第一， 焊盤是一個(gè)連續(xù)的面積， 而絲孔內(nèi)壁大多數(shù)情況分為四面，有助于釋放錫膏；
第二，重力和與焊盤的粘附力一起， 在絲印和分離所花的 2~6 秒時(shí)間內(nèi)，將錫膏拉出絲孔粘著于PCB上。
為最大發(fā)揮這種有利的作用，可將分離延時(shí)，開(kāi)始時(shí)PCB分開(kāi)較慢。 很多機(jī)器允許絲印后的延時(shí)，工作臺(tái)下落的頭2~3 mm 行程速度可調(diào)慢。
（2）印刷速度
印刷期間，刮刀在印刷模板上的行進(jìn)速度是很重要的， 因?yàn)殄a膏需要時(shí)間來(lái)滾動(dòng)和流入?？變?nèi)。
如果時(shí)間不夠，那么在刮刀的行進(jìn)方向，錫膏在焊盤上將不平。當(dāng)速度高于每秒20 mm 時(shí)， 刮刀可能在少于幾十毫秒的時(shí)間內(nèi)刮過(guò)小的模孔。
（3）印刷壓力
印刷壓力須與刮刀硬度協(xié)調(diào)，如果壓力太小，刮刀將刮不干凈模板上的錫膏，如果壓力太大，或刮刀刀片太軟，那么刮刀刀片將沉入模板上較大的孔內(nèi)將錫膏挖出。
（4）壓力經(jīng)驗(yàn)公式
在金屬網(wǎng)板上使用刮刀， 為了得到正確的壓力， 開(kāi)始時(shí)在每50 mm的刮刀長(zhǎng)度上施加1 kg 壓力，例如300 mm 的刮刀施加6 kg 的壓力， 逐步減少壓力直到錫膏開(kāi)始留在網(wǎng)板上刮不干凈，然后再增加1 kg 壓力。 在錫膏刮不干凈開(kāi)始到刮刀刀片沉入絲孔內(nèi)挖出錫膏之間，應(yīng)該有1~2 kg的可接受范圍都可以到達(dá)好的絲印效果。
為了達(dá)到良好的印刷結(jié)果，必須有正確的錫膏材料(黏度、金屬含量、最大粉末尺寸和盡可能最低的助焊劑活性)、正確的工具(印刷機(jī)、模板和刮刀)和正確的工藝過(guò)程(良好的定位、清潔拭擦)的結(jié)合。根據(jù)不同的產(chǎn)品，在印刷程序中設(shè)置相應(yīng)的印刷工藝參數(shù)，如工作溫度、工作壓力、刮刀速度、模板自動(dòng)清潔周期等，同時(shí)要制定嚴(yán)格的工藝管理制定及工藝制程。
① 嚴(yán)格按照指定品牌在有效期內(nèi)使用焊膏，平日焊膏保存在冰箱中，使用前要求置于室溫6小時(shí)以上，之后方可開(kāi)蓋使用，用后的焊膏單獨(dú)存放，再用時(shí)要確定品質(zhì)是否合格。
② 生產(chǎn)前操作者使用專用不銹鋼棒攪拌焊膏使其均勻，并定時(shí)用黏度測(cè)試儀對(duì)焊膏黏度進(jìn)行抽測(cè)。
③ 當(dāng)日當(dāng)班印刷首塊印刷板或設(shè)備調(diào)整后，要利用焊膏厚度測(cè)試儀對(duì)焊膏印刷厚度進(jìn)行測(cè)定，測(cè)試點(diǎn)選在印刷板測(cè)試面的上下，左右及中間等5點(diǎn)，記錄數(shù)值，要求焊膏厚度范圍在模板厚度-10％-模板厚度+15％之間。
④ 生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)焊膏印刷質(zhì)量進(jìn)行100％檢驗(yàn)，主要內(nèi)容為焊膏圖形是否完整、厚度是否均勻、是否有焊膏拉尖現(xiàn)象。
⑤ 當(dāng)班工作完成后按工藝要求清洗模板。
⑥ 在印刷實(shí)驗(yàn)或印刷失敗后，印制板上的焊膏要求用超聲波清洗設(shè)備進(jìn)行徹底清洗并晾干，或用酒精及用高壓氣清洗，以防止再次使用時(shí)由于板上殘留焊膏引起的回流焊后出現(xiàn)焊球等現(xiàn)象。
在模板錫膏印刷過(guò)程中，印刷機(jī)是達(dá)到所希望的印刷品質(zhì)的關(guān)鍵。
在印刷過(guò)程中，錫膏是自動(dòng)分配的，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(guò)所腐蝕的整個(gè)圖形區(qū)域長(zhǎng)度時(shí)，錫膏通過(guò)模板/絲網(wǎng)上的開(kāi)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(kāi)(snapoff)，回到原地。這個(gè)間隔或脫開(kāi)距離是設(shè)備設(shè)計(jì)所定的，大約0.020"~0.040"。
脫開(kāi)距離與刮板壓力是兩個(gè)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(méi)有脫開(kāi)，這個(gè)過(guò)程叫接觸(on-contact)印刷。當(dāng)使用全金屬模板和刮刀時(shí)，使用接觸印刷。非接觸(off-contact)印刷用于柔性的金屬絲網(wǎng)。
在錫膏印刷中有三個(gè)關(guān)鍵的要素， 我們叫做3S： Solder paste(錫膏)，Stencils(模板)，和Squeegees(刮板)。三個(gè)要素的正確結(jié)合是持續(xù)的印刷品質(zhì)的關(guān)鍵所在。
刮刀（Squeegee）
刮刀在印刷時(shí)，使刮板將錫膏在前面滾動(dòng)，使其流入模板孔內(nèi)， 然后刮去多余錫膏， 在PCB焊盤上留下與模板一樣厚的錫膏。
常見(jiàn)有兩種刮刀類型：橡膠或聚氨酯(polyurethane)刮刀和金屬刮刀。
金屬刮刀由不銹鋼或黃銅制成，具有平的刀片形狀，使用的印刷角度為30~55°。使用較高的壓力時(shí)，它不會(huì)從開(kāi)孔中挖出錫膏，還因?yàn)槭墙饘俚?，它們不象橡膠刮刀那樣容易磨損，因此不需要鋒利。它們比橡膠刮刀成本貴得多，并可能引起模板磨損。橡膠刮刀，使用70-90橡膠硬度計(jì)(durometer)硬度的刮刀。
當(dāng)使用過(guò)高的壓力時(shí)，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。甚至可能損壞刮刀刀片和模板或絲網(wǎng)。過(guò)高的壓力也傾向于從寬的開(kāi)孔中挖出錫膏，引起焊錫圓角不夠。刮刀壓力低造成遺漏和粗糙的邊緣，刮刀刀片的磨損、壓力和硬度決定印刷質(zhì)量，應(yīng)該仔細(xì)監(jiān)測(cè)。對(duì)可接受的印刷品質(zhì)，刮刀刀片邊緣應(yīng)該鋒利、平直。
模板（Stencil）類型
目前使用的模板主要有不銹鋼模板，其的制作主要有三種工藝：化學(xué)腐蝕、激光切割和電鑄成型。
由于金屬模板和金屬刮板印出的錫膏較飽滿， 有時(shí)會(huì)得到厚度太厚的印刷， 這可以通過(guò)減少模板的厚度的方法來(lái)糾正。
另外可以通過(guò)減少(“微調(diào)”)絲孔的長(zhǎng)和寬10 %，以減少焊盤上錫膏的面積。 從而可改善因焊盤的定位不準(zhǔn)而引起的模板與焊盤之間的框架的密封情況，減少了錫膏在模板底和PCB 之間的“ 炸 開(kāi) ”。 可使印刷模板底面的清潔次數(shù)由每5或10 次印刷清潔一次減少到每50次印刷清潔一次。
錫膏（Solder paste）
錫膏是錫粉和松香(resin)的結(jié)合物，松香的功能是在回流(reflowing)焊爐的第一階段，除去元件引腳、焊盤和錫珠上的氧化 物，這個(gè)階段在150℃持續(xù)大約三分鐘。焊錫是鉛、錫和銀的合金，在回流焊爐的第二階段，大約220℃時(shí)回流。
粘度是錫膏的一個(gè)重要特性，我們要求其在印刷行程中，其粘性越低，則流動(dòng)性越好，易于流入模板孔內(nèi)，印到PCB的焊盤上。在印刷過(guò)后，錫膏停留在PCB焊盤上，其粘性高，則保持其填充的形狀，而不會(huì)往下塌陷。
錫膏的標(biāo)準(zhǔn)粘度大約在500kcps~1200kcps范圍內(nèi)，較為典型的800kcps用于模板絲印是理想的。
判斷錫膏是否具有正確的粘度,有一種實(shí)際和經(jīng)濟(jì)的方法，如下：用刮勺在容器罐內(nèi)攪拌錫膏大約30秒鐘，然后挑起一些錫膏，高出容器罐三、四英寸，讓錫膏自行往下滴，開(kāi)始時(shí)應(yīng)該象稠的糖漿一樣滑落而下，然后分段斷裂落下到容器罐內(nèi)。如果錫膏不能滑落，則太稠，粘度太低。如果一直落下而沒(méi)有斷裂，則太稀，粘度太低。
（1）工藝參數(shù)設(shè)置
模板與PCB的分離速度與分離距離（Snap-off）絲印完后，PCB與絲印模板分開(kāi)，將錫膏留在PCB 上而不是絲印孔內(nèi) 。
對(duì)于最細(xì)密絲印孔來(lái)說(shuō)，錫膏可能會(huì)更容易粘附在孔壁上而不是焊盤上，模板的厚度很重要， 有兩個(gè)因素是有利的：
第一， 焊盤是一個(gè)連續(xù)的面積， 而絲孔內(nèi)壁大多數(shù)情況分為四面，有助于釋放錫膏；
第二，重力和與焊盤的粘附力一起， 在絲印和分離所花的 2~6 秒時(shí)間內(nèi)，將錫膏拉出絲孔粘著于PCB上。
為最大發(fā)揮這種有利的作用，可將分離延時(shí)，開(kāi)始時(shí)PCB分開(kāi)較慢。 很多機(jī)器允許絲印后的延時(shí)，工作臺(tái)下落的頭2~3 mm 行程速度可調(diào)慢。
（2）印刷速度
印刷期間，刮刀在印刷模板上的行進(jìn)速度是很重要的， 因?yàn)殄a膏需要時(shí)間來(lái)滾動(dòng)和流入?？變?nèi)。
如果時(shí)間不夠，那么在刮刀的行進(jìn)方向，錫膏在焊盤上將不平。當(dāng)速度高于每秒20 mm 時(shí)， 刮刀可能在少于幾十毫秒的時(shí)間內(nèi)刮過(guò)小的模孔。
（3）印刷壓力
印刷壓力須與刮刀硬度協(xié)調(diào)，如果壓力太小，刮刀將刮不干凈模板上的錫膏，如果壓力太大，或刮刀刀片太軟，那么刮刀刀片將沉入模板上較大的孔內(nèi)將錫膏挖出。
（4）壓力經(jīng)驗(yàn)公式
在金屬網(wǎng)板上使用刮刀， 為了得到正確的壓力， 開(kāi)始時(shí)在每50 mm的刮刀長(zhǎng)度上施加1 kg 壓力，例如300 mm 的刮刀施加6 kg 的壓力， 逐步減少壓力直到錫膏開(kāi)始留在網(wǎng)板上刮不干凈，然后再增加1 kg 壓力。 在錫膏刮不干凈開(kāi)始到刮刀刀片沉入絲孔內(nèi)挖出錫膏之間，應(yīng)該有1~2 kg的可接受范圍都可以到達(dá)好的絲印效果。
為了達(dá)到良好的印刷結(jié)果，必須有正確的錫膏材料(黏度、金屬含量、最大粉末尺寸和盡可能最低的助焊劑活性)、正確的工具(印刷機(jī)、模板和刮刀)和正確的工藝過(guò)程(良好的定位、清潔拭擦)的結(jié)合。根據(jù)不同的產(chǎn)品，在印刷程序中設(shè)置相應(yīng)的印刷工藝參數(shù)，如工作溫度、工作壓力、刮刀速度、模板自動(dòng)清潔周期等，同時(shí)要制定嚴(yán)格的工藝管理制定及工藝制程。
① 嚴(yán)格按照指定品牌在有效期內(nèi)使用焊膏，平日焊膏保存在冰箱中，使用前要求置于室溫6小時(shí)以上，之后方可開(kāi)蓋使用，用后的焊膏單獨(dú)存放，再用時(shí)要確定品質(zhì)是否合格。
② 生產(chǎn)前操作者使用專用不銹鋼棒攪拌焊膏使其均勻，并定時(shí)用黏度測(cè)試儀對(duì)焊膏黏度進(jìn)行抽測(cè)。
③ 當(dāng)日當(dāng)班印刷首塊印刷板或設(shè)備調(diào)整后，要利用焊膏厚度測(cè)試儀對(duì)焊膏印刷厚度進(jìn)行測(cè)定，測(cè)試點(diǎn)選在印刷板測(cè)試面的上下，左右及中間等5點(diǎn)，記錄數(shù)值，要求焊膏厚度范圍在模板厚度-10％-模板厚度+15％之間。
④ 生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)焊膏印刷質(zhì)量進(jìn)行100％檢驗(yàn)，主要內(nèi)容為焊膏圖形是否完整、厚度是否均勻、是否有焊膏拉尖現(xiàn)象。
⑤ 當(dāng)班工作完成后按工藝要求清洗模板。
⑥ 在印刷實(shí)驗(yàn)或印刷失敗后，印制板上的焊膏要求用超聲波清洗設(shè)備進(jìn)行徹底清洗并晾干，或用酒精及用高壓氣清洗，以防止再次使用時(shí)由于板上殘留焊膏引起的回流焊后出現(xiàn)焊球等現(xiàn)象。
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