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PCBA大講堂:如何解決小型化元器件對(duì)錫膏印刷的挑戰(zhàn)

發(fā)布時(shí)間 :2019-09-11 16:11 閱讀 : 來源 :技術(shù)文章責(zé)任編輯 :深圳宏力捷PCBA加工部
    近年來,隨著智能手機(jī)、平板電腦等智能終端設(shè)備的性能需求的提高,SMT制造業(yè)對(duì)小型化、薄型化的電子元器件需求更加強(qiáng)烈,隨著可穿戴設(shè)備的興起,這種需求更是日益高漲。下圖是iPhone 3G 和iPhone 7 主板的比較,新的I-phone手機(jī)功能更強(qiáng)大,但是裝配而成的主板卻更小了,這需要更小的元器件以及更密集的元器件裝配才能做到。
 
    越來越小的元器件,對(duì)我們生產(chǎn)的工藝也將會(huì)越來越難,一次直通率的提升成了SMT工藝工程師的主要攻克目標(biāo)好任務(wù)。一般來說SMT行業(yè)60%以上的不良都和錫膏印刷有關(guān),錫膏印刷是SMT生產(chǎn)中的一道關(guān)鍵工序。解決了錫膏印刷的問題,就相當(dāng)于解決了整個(gè)SMT工序中大半的工藝問題。
 
 
PCBA大講堂:如何解決小型化元器件對(duì)錫膏印刷的挑戰(zhàn)
下圖是SMT元器件公英制尺寸對(duì)照表。
SMT元器件公英制尺寸對(duì)照表

 
下圖是SMT元器件的發(fā)展歷程以及展望未來的發(fā)展趨勢。目前英制01005貼片器件和0.4 pitch的BGA/CSP 在SMT生產(chǎn)中運(yùn)用比較普遍。公制03015貼片器件也有少部分在生產(chǎn)中運(yùn)用,而公制0201貼片器件目前還只是在試產(chǎn)階段,預(yù)計(jì)未來幾年會(huì)逐漸在生產(chǎn)中運(yùn)用。
SMT元器件的發(fā)展歷程以及展望未來的發(fā)展趨勢
 
要了解小型化元器件對(duì)錫膏印刷帶來的挑戰(zhàn),首先要了解鋼網(wǎng)印刷的面積比率(Area Ratio)。
鋼網(wǎng)印刷的面積比率(Area Ratio)

 
對(duì)于普通的激光鋼網(wǎng)印刷,鋼網(wǎng)開孔面積比率有如下要求:
對(duì)于長方形 開孔:
對(duì)于普通的激光鋼網(wǎng)印刷,鋼網(wǎng)開孔面積比率有如下要求
 
如果鋼網(wǎng)開孔面積比率達(dá)不到要求(鋼網(wǎng)太厚),就會(huì)出現(xiàn)下圖的情況,錫膏印刷脫模時(shí),小元器件的錫膏粘在鋼網(wǎng)孔壁處,脫落到焊盤上的錫膏量很少。
如果鋼網(wǎng)開孔面積比率達(dá)不到要求(鋼網(wǎng)太厚),就會(huì)出現(xiàn)下圖的情況
 
對(duì)于小型化焊盤的錫膏印刷,越小的焊盤和鋼網(wǎng)開孔,錫膏越難脫離鋼網(wǎng)孔壁。要解決小型化焊盤的錫膏印刷,有以下幾種方案供參考:
 
1. 最直接的解決方案是降低鋼網(wǎng)的厚度,增加開孔面積比率。
如下圖所示,用了薄鋼網(wǎng)后,小元器件焊盤的下錫良好。如果生產(chǎn)的基板沒有大尺寸的元器件,那么這是一個(gè)最簡單而有效的解決方案,但是如果基板上有大的元器件,那么大的元器件會(huì)因?yàn)殄a量少而焊接不良。所以如果是高混合有大元器件的基板,我們需要下面列出的其他解決方案。
最直接的解決方案是降低鋼網(wǎng)的厚度,增加開孔面積比率
 
 
2.利用新的鋼網(wǎng)技術(shù),降低對(duì)鋼網(wǎng)開孔比率的要求。
1)FG(Fine Grain)鋼網(wǎng)   
     FG鋼片含有一種鈮元素,該元素能細(xì)化晶粒和降低鋼的過熱敏感性及回火脆性,提高強(qiáng)度。經(jīng)激光切割的FG鋼片孔壁比普通304鋼片的孔壁更清潔光滑,更有利于脫模。FG鋼片制成的鋼網(wǎng)開孔面積比率可以低于0.65,對(duì)比同樣開孔比率的304鋼網(wǎng),F(xiàn)G鋼網(wǎng)可以做的比304鋼網(wǎng)略厚一些,從而降低大元器件少錫的風(fēng)險(xiǎn)。
304鋼片和FG鋼片的對(duì)比
304鋼片和FG鋼片的對(duì)比 
 
2)電鑄鋼網(wǎng)
電鑄鋼網(wǎng)的制造原理:通過在導(dǎo)電金屬底板上印刷光阻材料,再通過遮擋模和紫外線曝光來制作電鑄的模板,然后薄模板放在電鑄液中電鑄。其實(shí)電鑄類似于電鍍,只是電鑄后的鎳片可以從底板中剝離制成鋼網(wǎng)。
 
電鑄鋼網(wǎng)
 
電鑄鋼網(wǎng)有以下特點(diǎn):鋼片內(nèi)部沒有應(yīng)力,孔壁非常平滑,鋼網(wǎng)可以是任意厚度(0.2mm以內(nèi),通過電鑄時(shí)間來控制),缺點(diǎn)是造價(jià)較高。下圖是激光鋼網(wǎng)和電鑄鋼網(wǎng)孔壁圖比較。電鑄鋼網(wǎng)光滑的孔壁在印刷后有更好的脫模效果,使得開孔比率可以低至0.5。
 
激光鋼網(wǎng)和電鑄鋼網(wǎng)孔壁圖比較
                         
3)階梯鋼網(wǎng)
階梯鋼網(wǎng)可以是局部加厚或減薄。局部加厚的部分用來印刷錫膏需求量大的焊盤,加厚的部分是通過電鑄來實(shí)現(xiàn),成本較高。而減薄是通過化學(xué)蝕刻來實(shí)現(xiàn),減薄的部分用來印刷小型化元器件的焊盤,使得脫模效果更好,對(duì)成本更敏感的用戶建議使用化學(xué)蝕刻,成本更低。
 
階梯鋼網(wǎng)
 
4)納米涂層。(Nano Ultra Coating )
在鋼網(wǎng)表面涂覆或鍍上一層納米涂層,納米涂層使孔壁對(duì)錫膏排斥,所以脫模     效果更好,錫膏印刷的體積穩(wěn)定性比較一致。這樣,印刷的質(zhì)量比較有保證,同時(shí)也可以減少鋼網(wǎng)的清洗擦拭次數(shù)。目前國內(nèi)大部分工藝只是涂覆一層納米涂層,經(jīng)過一定次數(shù)的印刷后效果就減弱了,國外有直接鍍?cè)阡摼W(wǎng)上的納米涂層,效果和耐久性更好,當(dāng)然成本也更高。
 
3. 雙重錫膏成型工藝。
1)印刷/印刷
通過兩臺(tái)印刷機(jī)來印刷成型錫膏。第一臺(tái)用普通鋼網(wǎng)印密間距小元器件焊盤,第二臺(tái)用3D鋼網(wǎng)或階梯鋼網(wǎng)印刷大元器件焊盤。這種方式需要兩臺(tái)印刷機(jī),而且鋼網(wǎng)成本也高,如果使用3D鋼網(wǎng)還要用到梳狀刮刀,增加成本,生產(chǎn)效率也低。
2)印刷/噴錫
第一臺(tái)錫膏印刷機(jī)印刷密間距小元器件焊盤,第二臺(tái)噴印機(jī)噴印大元器件焊盤。這種方式錫膏成型效果好,但是成本高,效率低(取決于大元器件焊盤數(shù)量)。
雙重錫膏成型工藝
 
以上幾種解決方案,用戶可以根據(jù)自身情況選擇使用。從成本和生產(chǎn)效率考慮,降低鋼網(wǎng)厚度、使用低要求開孔面積比率鋼網(wǎng)、階梯鋼網(wǎng)是比較適合的選擇;產(chǎn)量低、品質(zhì)要求高、成本不敏感的用戶,可以選擇印刷/噴印方案。


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