印刷工艺与效果相关技术知识

　　随着SMT技术的发展，BGA、CSP、密间距QFP（PITCH≤0.5mm）等封装元器件应用逐渐普及，同时也增加了锡膏印刷的难度。重所周知，ＳＭＴ生产７０％以上的不良都是由于印刷环节的不良造成的，所以印刷环节的可靠与否，直接决定了ＳＭＴ产品的品质,本文将从网板制作、刮刀材质、印刷参数等方面与大家探讨印刷工艺及效果。
　　一．对网板制作的要求
　　网板（本文中我们只讨论金属模板的制作问题，不涉及丝网印刷）在印刷环节中扮演着重要的角色，SMT印刷不良中的50%以上都是网板的不良造成的，网板在制作过程中的许多细小的环节都会对整个SMT的成品品质造成决定性的影响。
　　1．网框制作要求：
　　采用铝合金，框架尺寸为650mm×550mm\650mm×650mm\736mm×736mm， 框架型材规格为30mm×40mm. 如图1-1

               
　　对于网框的平整度也要做到严格要求，一般规定网框对角之间相对翘起高度小于0.3mm。
　　2．绷网要求：
　　采用蓝胶+铝胶带方式，在铝框与胶粘接处，须均匀刮上一层保护漆（S224）。同时，为保证钢网有足够的张力（规定不小于30牛顿/cm）和良好的平整度，不锈钢片距外框内侧保留25mm-50mm间距。
　　3．基准点（Mark点）要求：
　　根据PCB资料提供的大小及形状按1:1方式开口，并在印刷反面刻半透（1/2钢网厚）。 在对应座标处（包括对角处），整块PCB至少开两个基准Mark孔。
　　4．开口要求：
　　1)    位置及尺寸确保较高开口精度，严格按规定开口方式开口。
　　2)    网孔孔壁光滑，制作过程中要求供应商作抛光处理。
　　3)    以印刷面为上面，网孔下开口应比上开口宽0.01mm或0.02mm，即开口成倒锥形，便于焊膏有效释放，同时减少钢网清洁次数。
　　4)    独立开口尺寸不能太大，宽度不能大于2mm，焊盘尺寸大于2mm的中间需架0.２mm的桥，以免影响钢网强度。
　　5)    开口区域必须居中，到操作面最近开口至少距网框188mm。
　　6)    开口部分必须满足宽厚比和面积比的要求。
　　5．钢网厚度要求：
　　为保证焊膏印刷量和焊接质量，钢网表面平滑均匀，厚度均匀，根据不同的元件选择相应的钢片厚度，主要依据最小开孔和最小间距为考虑，重点兼顾其它。可根据下面公式进行计算得出或按表1数据查得：

             
　　若焊盘尺寸L＞5W时，则按宽厚比计算钢片的厚度。
　　T＜W／1.5
　　若焊盘呈正方形或圆形，则按面积比计算钢片的厚度。
　　T＜（L×W）／1.32X（L＋W）
　　表1：各种元器件对网板厚度与开口尺寸要求参考表
　　单位：mm
　　元件类型 引脚间距 焊盘宽度 焊盘长度 开口宽度 开口长度 模板厚度
　　PLCC 1.27 0.65 2.00 0.60 1.95 0.15-0.25
　　QFP 0.635 0.35 1.50 0.32 1.45 0.15-0.18
　　QFP 0.50 0.254 1.25 0.22 1.20 0.12-0.15
　　QFP 0.40 0.25 1.25 0.20 1.20 0.10-0.12
　　QFP 0.30 0.20 1.00 0.15 0.95 0.07-0.12
　　0402   0.50 0.65 0.45 0.60 0.12-0.15
　　0201   0.25 0.40 0.23 0.35 0.07-0.12
　　BGA 1.27 Ø0.80 Ø0.75 0.15-0.20
　　μBGA 1.00 Ø0.38 Ø0.35 0.10-0.12
　　μBGA 0.50 Ø0.30 Ø0.28 0.07-0.12
　　Flip chip 0.25 0.12 0.12 0.12 0.12 0.08-0.10
　　Flip chip 0.20 0.10 0.10 0.10 0.10 0.05-0.10
　　Flip chip 0.15 0.08 0.08 0.08 0.08 0.03-0.08
　　表一
　　6．网板验收要求：
　　1)    通过目测检查开口居中绷网平整。
　　2)    通过PCB实体核对钢网开口正确性。
　　3)    用带刻度高倍显微镜（100倍）检验钢网开口长度和宽度以及孔壁和钢片表面的光滑程度。（不定期检查）
　　4)    钢片厚度通过检测印锡后焊膏厚度来验证，即结果验证。
　　5)    对网框平整程度的检验，可通过将网板安装在印刷机的网板滑道内，按住一角，用塞硅测量另一角的翘起高度，可接收标准为对角翘起绝对高度小等于0.3mm。
　　二、不同材质刮刀的效果分析：
　　施加在刮刀上的力称之为印刷压力，如果此力过大，刮刀前部将变形，并对压入力起重要作用的刮刀角度产生影响，如图2-1。

          
　　1．橡胶刮刀效果分析
　　经过实践，我们发现橡胶刮刀随着压力的增加，其变形量增加幅度相当明显，相对应的焊盘内所印刷的锡膏量也有大幅度减少，线性变化程度非常明显，其规律如下图2-2：

   
　　上述情况，焊盘面积越大越明显，PCB面积越大越明显。在焊膏的滚动中，刮刀会出现前部抬起，如果在焊膏的滚动中抬起刮刀前部，刮刀前部与印刷模板之间将产生间隙，印刷模板上会残留焊膏。
　　2．钢片加橡胶刮刀效果分析
　　由于钢片的变形量比较均一，随压力变化也较小，所以其线性变化比较弱，大致规律如下图2-3：

    
　　但钢制刮刀片也存在一定的缺点，那就是对模板内锡膏的填充效果没有橡胶刮刀好。
　　三．印刷机各种参数的设置
　　决定印刷机印刷质量的因素除了刮刀材质和网板制作之外，还有如上图3-1显示的若干重要因素。

     
　　1．印刷速度
　　印刷速度是印刷环节中比较重要的环节，速度过快会导致如图3-2的带拖不良，现象表现为锡膏填充不满，锡膏量不足，其主要原因是刮刀通过开孔部的时间短，即压入焊膏的时间较短。
　　如果刮刀速度增加而压力没变，印刷后还可能会在网板上留下一层残留的锡膏堵塞网孔，妨碍锡膏正常脱模。

       
　　2．刮刀角度
　　印刷机刮刀的角度一般控制在 45～75°，刮刀角度太小，锡膏的滚动性和填充性好，但是容易发生渗漏，一般用于通孔再流焊和细间距模板印刷，以增加焊膏涂覆量。通常我们将刮刀印刷角度调制在60°左右，以获得最佳的印刷效果。
　　3．PCB底部顶针
　　PCB底部顶针的作用是使PCB板的印刷面与网板的底面尽可能的紧密接触、控制锡膏的厚度、不污染焊盘外的其他部位PCB板面。顶针的放置是最容易被操作人员忽视的一个环节，在关键元器件的下部、PCB板的边角、拼版的V型槽下部都必须放置足够量的顶针，否则将无法印刷出合格的PCB。顶针的精度也必须达到相当高的程度（误差不超过5mil）：假设在一块0.15mm厚的网板上印刷一种PCB，一根顶针与相邻的另一根顶针的高度差超过0.05mm，那么就意味着矮的那根顶针上方的焊盘比另一根上方的焊盘多出了1/3的锡膏量。
　　4．脱模速度
　　脱模速度是得到完整锡膏形状的保证，脱模速度主要取决于PCB板的复杂程度，间距及难度越大，脱模的速度就应该越低，有关脱模速度的推荐值和脱模速度与脱模质量的相关内容请参阅表2及图3-3。
　　表 2  推荐脱离速度
　　引脚间距 B/mm 推荐速度V/mm·s-1
　　<0.3 0.1~0.5
　　0.4~0.5 0.3~1.0
　　0.5~0.65 0.5~1.0
　　>0.65 0.80～2.0
　　>0.8 1.5～5.0

　图 3-3 脱模速度与印刷质量关系

     
　　印刷环节在整个SMT生产中至关重要，印刷不好，再完美的生产流程也做不出好产品，只有对印刷环节的所有关键点都控制、调节到位，才是真正找到了SMT生产的关键点，才能在技术难度日益增加的SMT制造业找到自己的一席之地。