如何將錫膏印刷于電路板(solder paste printing)與影響錫膏印刷質量的因素
- 發表時間:2021-11-08 10:11:03
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將錫膏(solder paste)印刷于電路板再經過回焊爐(reflow oven)將電子零件焊接于電路板上,是現今電子組裝制造業最普遍的制程工法。
錫膏的印刷其實有點像是在墻壁上油漆一般,所不同的,為了要更精確的將錫膏重復涂抹于電路板的一定位置與控制其錫膏量多寡,所以必須要使用一片所謂的「鋼板(stencil)」來控制錫膏的印刷量與位置。
錫膏一旦印刷位置偏移太多就無法起到零件焊接的目的,還可能會出現一些意想不到的質量問題,比如說錫膏量印多了可能造成焊錫短路(short)、印少了則可能造成空焊(non-wetting)等缺失。
▼錫膏印刷前。電路板上只有鍍金層。▼錫膏印刷后,這里的錫膏被設計成「田」字體,來避免錫膏融錫后太過于集中于中心。
「錫膏」的成份主要由助焊劑(flux)與錫粉(powder)兩大部分完全混合后所組成,它的名字之所以有個「膏」字,是因為它的型態就跟我們每天拿來刷牙的牙膏類似,都是稍帶黏稠的膏狀,可以用來印刷并黏附于電路板上,于室溫下也不至于有太大的形變,「膏」狀還可以用來黏住那些放置于電路板表面的電子零件,讓這些零件既使在SMT在線流動/傳送時有些微的振動下也不至于位移或掉落,而其最大的作用當然是在流經高溫回焊爐(reflow oven)后熔融成為液體,并再重新凝固時將電子零件焊接并固定于電路板的特定位置上,達到電子信號連通的目的。
錫膏印刷制程(Solder paste printing process)
想了解更多關于錫膏的知識可以參考【介紹并認識【錫膏(solder paste)】的基本知識(含助焊劑)】一文。
錫膏印刷作業有三種類型:
錫膏印刷有分成全自動、半自動、手動三種類型。
全自動錫膏印刷機(Automatic solder paste screen printer)
一般大量生產的SMT線一定是全自動印錫膏產線,只要設定好錫膏印刷機的相關參數后,機器就可以自動進板(loading)、鋼板自動對位、印刷錫膏(screen printing)、出板(unloading),經過輸送帶自動傳送到下一個置件(pick & placement)的工站。
半自動錫膏印刷機(Semi-auto solder paste screen printer)
錫膏半自動印刷制程則大多出現在產品試產階段,或是少量多樣的產品線,它通常是離線作業不占用整條SMT自動生產的資源,其進、退板及鋼板對位也通常是手動操作,只有錫膏印刷自動操作,操作這類設備必須要是老師傅,否則容易產出不良板,選擇這類制程通常是不想占據一整條SMT的自動生產線,而且半自動錫膏印刷機也相對便宜。
手動印刷機(Manual solder paste screen printer)
這個通常出現在低價產品與勞力成本地的地區,或是一些業余的Maker身上,其作業方式相對簡單與原始,全部手動操作,只需要鋼板、刮刀與錫膏就可以完成作業,對于電路板上有細小零件腳間距者非常不建議采用此制程,除非你的操作技術真的非常好。
影響錫膏印刷質量的因素與注意事項:
錫膏印刷是電路板焊錫好壞的基礎,其中錫膏的位置與錫量更是關鍵,經常見到錫膏印刷得不好,造成焊錫的短路(solder short)與空焊(solder empty)等問題出現。不過真的要把錫膏印刷好,還得考慮下列的因素:
刮刀種類(Squeegee):錫膏印刷應該根據不同的錫膏或是紅膠的特性來選擇適當的刮刀,目前運用于錫膏印刷的刮刀都是使用不銹鋼制成。
刮刀角度:刮刀刮錫膏的角度,一般在45~60°之間。
刮刀壓力:刮刀的壓力會影響錫膏的量(volume)。原則上在其他條件不變的情況下,刮刀的壓力越大,則錫膏的量會越少。因為壓力大,等于把鋼板與電路板之間的空隙壓縮了。
刮刀速度:刮刀的速度也會直接影響到錫膏印刷的形狀與錫膏量,更會直接影響到焊錫印刷的質量。一般刮刀的速度會被設定在20~80mm/s之間,原則上刮刀的速度必須配合錫膏的黏度,流動性越好的錫膏其刮刀速度應該要越快,否則會容易滲流。一般的情況下,刮刀的速度越快,其錫膏量會越少。
鋼板的脫模速度:脫模速度如果太快,容易造成錫膏拉絲或拉尖的現象,可能會影響到置件的效果。
是否使用真空座(vacuum block)?真空座可以幫助電路板順利平貼在固定位置,加強讓鋼板與電路板的密合度。有時候只有一次性少量生產的產品可以使用萬用頂針/頂塊來代替真空塊。
電路板是否變形(warpage)?變形的電路板會讓錫膏印出來不均勻,大多數的情況下都會造成短路。
鋼板開孔(stencil aperture)。鋼板的開孔直接影響錫膏印刷的質量,這個需要專章講解。
鋼板清潔。鋼板的干凈與否直接關系到錫膏印刷的質量,特別是鋼板與PCB接觸面,以避免鋼板底下出現殘余錫膏污染到PCB上不該有錫膏的位置。一般SMT制造廠會規定生產幾片板子之后就要使用無塵擦拭紙來清潔鋼板底部,有些甚至在印刷機上設計自動擦拭功能,也會規定每隔多少時間就要將鋼板取下用溶劑及超聲波震蕩來清洗,目的是為了清除鋼板開孔中殘留的錫膏,特別是細間距的零件,以確保錫膏印刷不被阻塞。
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