万博最新体育app

PCBA大講堂:如何解決小型化元器件對錫膏印刷的挑戰

time : 2019-09-27 09:40       作者:凡億pcb

    近年來,隨著智能手機、平板電腦等智能終端設備的性能需求的提高,SMT制造業對小型化、薄型化的電子元器件需求更加強烈,隨著可穿戴設備的興起,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手機功能更強大,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,對我們生產的工藝也將會越來越難,一次直通率的提升成了SMT工藝工程師的主要攻克目標好任務。一般來說SMT行業60%以上的不良都和錫膏印刷有關,錫膏印刷是SMT生產中的一道關鍵工序。解決了錫膏印刷的問題,就相當于解決了整個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錫膏印刷的挑戰
下圖是SMT元器件公英制尺寸對照表。
SMT元器件公英制尺寸對照表

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

 
對于普通的激光鋼網印刷,鋼網開孔面積比率有如下要求:
對于長方形 開孔:
對于普通的激光鋼網印刷,鋼網開孔面積比率有如下要求
 
如果鋼網開孔面積比率達不到要求(鋼網太厚),就會出現下圖的情況,錫膏印刷脫模時,小元器件的錫膏粘在鋼網孔壁處,脫落到焊盤上的錫膏量很少。
如果鋼網開孔面積比率達不到要求(鋼網太厚),就會出現下圖的情況
 
對于小型化焊盤的錫膏印刷,越小的焊盤和鋼網開孔,錫膏越難脫離鋼網孔壁。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的厚度,增加開孔面積比率。
如下圖所示,用了薄鋼網后,小元器件焊盤的下錫良好。如果生產的基板沒有大尺寸的元器件,那么這是一個最簡單而有效的解決方案,但是如果基板上有大的元器件,那么大的元器件會因為錫量少而焊接不良。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的厚度,增加開孔面積比率
 
 
2.利用新的鋼網技術,降低對鋼網開孔比率的要求。
1)FG(Fine Grain)鋼網   
     FG鋼片含有一種鈮元素,該元素能細化晶粒和降低鋼的過熱敏感性及回火脆性,提高強度。經激光切割的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鋼片制成的鋼網開孔面積比率可以低于0.65,對比同樣開孔比率的304鋼網,FG鋼網可以做的比304鋼網略厚一些,從而降低大元器件少錫的風險。
304鋼片和FG鋼片的對比
304鋼片和FG鋼片的對比 
 
2)電鑄鋼網
電鑄鋼網的制造原理:通過在導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。
 
電鑄鋼網
 
電鑄鋼網有以下特點:鋼片內部沒有應力,孔壁非常平滑,鋼網可以是任意厚度(0.2mm以內,通過電鑄時間來控制),缺點是造價較高。下圖是激光鋼網和電鑄鋼網孔壁圖比較。電鑄鋼網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。
 
激光鋼網和電鑄鋼網孔壁圖比較
                         
3)階梯鋼網
階梯鋼網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現,成本較高。而減薄是通過化學蝕刻來實現,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,對成本更敏感的用戶建議使用化學蝕刻,成本更低。
 
階梯鋼網
 
4)納米涂層。(Nano Ultra Coating )
在鋼網表面涂覆或鍍上一層納米涂層,納米涂層使孔壁對錫膏排斥,所以脫模     效果更好,錫膏印刷的體積穩定性比較一致。這樣,印刷的質量比較有保證,同時也可以減少鋼網的清洗擦拭次數。目前國內大部分工藝只是涂覆一層納米涂層,經過一定次數的印刷后效果就減弱了,國外有直接鍍在鋼網上的納米涂層,效果和耐久性更好,當然成本也更高。
 
3. 雙重錫膏成型工藝。
1)印刷/印刷
通過兩臺印刷機來印刷成型錫膏。第一臺用普通鋼網印密間距小元器件焊盤,第二臺用3D鋼網或階梯鋼網印刷大元器件焊盤。這種方式需要兩臺印刷機,而且鋼網成本也高,如果使用3D鋼網還要用到梳狀刮刀,增加成本,生產效率也低。
2)印刷/噴錫
第一臺錫膏印刷機印刷密間距小元器件焊盤,第二臺噴印機噴印大元器件焊盤。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量)。
雙重錫膏成型工藝
 
以上幾種解決方案,用戶可以根據自身情況選擇使用。從成本和生產效率考慮,降低鋼網厚度、使用低要求開孔面積比率鋼網、階梯鋼網是比較適合的選擇;產量低、品質要求高、成本不敏感的用戶,可以選擇印刷/噴印方案。