焊锡膏印刷

进程设备

在锡膏印刷进程中，印刷机是到达所期望的印刷质量的关键。今天可购买到的丝印机分为两种主要类型：实验室与出产。每个类型有进一步的分类，因为每个公司期望从实验室与出产类型的印刷机得到不同的功用水平。例如，一个公司的研讨与开发部分(R&D)运用实验室类型制作产品原型，而出产则会用另一种类型。还有，出产要求或许改动很大，取决于产值。因为激光切开设备是不或许分类的，最好是挑选与所期望的运用相适应的丝印机。

在手艺或半主动印刷机中，锡膏是手艺地放在模板/丝网上，这时印刷刮板(squeegee)处于模板的另一端。在主动印刷机中，锡膏是主动分配的。在印刷进程中，印刷刮板向下压在模板上，使模板底面触摸到电路板顶面。当刮板走过所腐蚀的整个图形区域长度时，锡膏通过模板/丝网上的开孔印刷到焊盘上。

在锡膏现已堆积之后，丝网在刮板之后立刻脱开(snap off)，回到原地。这个间隔或脱开间隔是设备规划所定的，大约0.020"~0.040"。脱开间隔与刮板压力是两个到达杰出印刷质量的与设备有关的重要变量。

假如没有脱开，这个进程叫触摸(on-contact)印刷。当运用全金属模板和刮刀时，运用触摸印刷。非触摸(off-contact)印刷用于柔性的金属丝网。

刮板(squeegee)类型

刮板的磨损、压力和硬度决议印刷质量，应该细心监测。对可接受的印刷质量，刮板边际应该尖利和直线。刮板压力低构成遗漏和粗糙的边际，而刮板压力高或很软的刮板将引起斑驳状的(smeared)印刷，乃至或许损坏刮板和模板或丝网。过高的压力也倾向于从宽的开孔中挖出锡膏，引起焊锡圆角不行。

常见有两种刮板类型：橡胶或聚氨酯(polyurethane)刮板和金属刮板。当运用橡胶刮板时，运用70-90橡胶硬度计(durometer)硬度的刮板。当运用过高的压力时，渗入到模板底部的锡膏或许构成锡桥，要求频频的底部抹擦。为了防止底部浸透，焊盘开口在印刷时有必要供给密封(gasketing)作用。这取决于模板开孔壁的粗糙度。

金属刮刀也是常用的。跟着更密间隔元件的运用，金属刮刀的用量在添加。它们由不锈钢或黄铜制成，具有平的刀片形状，运用的印刷角度为30~45°。一些刮刀涂有光滑资料。因为运用较低的压力，它们不会从开孔中挖出锡膏，还因为是金属的，它们不象橡胶刮板那样简单磨损，因而不需求尖利。它们比橡胶刮板成本贵得多，并或许引起模板磨损。

运用不同的刮板类型在运用规范元件和密脚元件的印刷电路安装(PCA)中是有区别的。锡膏量的要求对每一种元件有很大的不同。密间隔元件要求比规范外表贴装元件少得多的焊锡量。焊盘面积和厚度操控锡膏量。

一些工程师运用双厚度的模板来对密脚元件和规范外表贴装焊盘施用恰当的锡膏数量。其它工程师选用一种不同的办法 - 他们运用不需求常常尖利的更经济的金属刮刀。用金属刮刀更简单防止锡膏堆积量的改动，但这种办法要求改进的模板开孔规划来防止在密间隔焊盘上过多的锡膏堆积。这个办法在工业上变得更受欢迎，可是，运用双厚度印刷的橡胶刮板也还没有消失。

模板(stencil)类型

重要的印刷质量变量包含模板孔壁的精度和光洁度。保存模板宽度与厚度的恰当的纵横比(aspect ratio)是重要的。推荐的纵横比为1.5。这对防止模板堵塞是重要。一般，假如纵横比小于1.5，锡膏会保留在开孔内。除了纵横比之外，如IPC-7525《模板规划指南》所推荐的，还要有大于0.66的面积比(焊盘面积除以孔壁面积)。IPC-7525可作为模板规划的一个杰出开端。

制作开孔的工艺进程操控开孔壁的光洁度和精度。有三种常见的制作模板的工艺：化学腐蚀、激光切开和加成(additive)工艺。

1）化学腐蚀(chemically etched)模板

金属模板和柔性金属模板是运用两个阳性图形通过从双面的化学研磨来蚀刻的。在这个进程中，蚀刻不仅在所期望的笔直方向进行，而且在横向也有。这叫做底切(undercutting) - 开孔比期望的较大，构成额外的焊锡堆积。因为50/50从双面进行蚀刻，其成果是几乎直线的孔壁，在中间有轻轻沙漏形的收窄。

因为电蚀刻模板孔壁或许不滑润，电抛光，一个微蚀刻工艺，是到达滑润孔壁的一个办法。另一个到达较滑润孔壁的办法是镀镍层(nickel plating)。抛光或滑润的外表对锡膏的开释是好的，但或许引起锡膏越过模板外表而不在刮板前翻滚。这个问题可通过挑选性地抛光孔壁而不是整个模板外表来防止。镀镍进一步改进滑润度和印刷功用。可是，它减小了开孔，要求图形调整。

2）激光切开(laser-cut)模板

激光切开是另一种减去(subtractive)工艺，但它没有底切问题。模板直接从Gerber数据制作，因而开孔精度得到改进。数据可按需求调整以改动尺度。更好的进程操控也会改进开孔精度。激光切开模板的另一个长处是孔壁可成锥形。化学蚀刻的模板也能够成锥形，假如只从一面腐蚀，可是开孔尺度或许太大。板面的开口稍微比刮板面的大一点的锥形开孔(0.001"~0.002"，发生大约2°的角度)，对锡膏开释更简单。

激光切开能够制作出小至0.004"的开孔宽度，精度到达0.0005"，因而很适合于超密间隔(ultra-fine-pitch)的元件印刷。激光切开的模板也会发生粗糙的边际，因为在切开期间汽化的金属变成金属渣。这或许引起锡膏堵塞。更滑润的孔壁可通过微蚀刻来发生。激光切开的模板假如没有预先对需求较薄的区域进行化学腐蚀，就不能制成台阶式多级模板。激光一个一个地切开每一个开孔，因而模板成本是要切开的开孔数量而定。

3）电铸成型(electroformed)模板

制作模板的第三种工艺是一种加成工艺，最普遍地叫做电铸成型。在这个工艺中，镍堆积在铜质的阴极心上以构成开孔。一种光敏干胶片叠层在铜箔上(大约0.25"厚度)。胶片用紫外光通过有模板图画的遮光膜进行聚合。通过显影后，在铜质心上发生阴极图画，只有模板开孔坚持用光刻胶(photoresist)掩盖。然后在光刻胶的周围通过镀镍构成了模板。在到达所期望的模板厚度后，把光刻胶从开孔除去。电铸成型的镍箔通过曲折从铜心上分开 - 一个关键的工艺进程。箔片准备好装框，制作模板的其它进程。

电铸成型台阶式模板能够做得到，但成本添加。因为可到达精密的公役，电铸成型的模板供给杰出的密封作用，削减了模板底面的锡膏渗漏。这意味着模板底面擦洗的频率显着地下降，削减潜在的锡桥。

定论

化学腐蚀和激光切开是制作模板的减去工艺。化学蚀刻工艺是最老的、运用最广的。激光切开相对较新，而电铸成型模板是最新时兴的东西。

为了到达杰出的印刷成果，有必要有正确的锡膏资料(黏度、金属含量、最大粉末尺度和尽或许最低的助焊剂活性)、正确的东西(印刷机、模板和刮刀)和正确的工艺进程(杰出的定位、清洁拭擦)的结合。

吞吐量

吞吐量界说为：在给定的时刻周期内，能够出产出多少合格的印刷电路板。

影响一条SMT出产线产值的要素是多种多样的，常常说到的一个要素是锡膏印刷设备的周期。曩昔，“机器周期”用作主要设备出产吞吐量的一个重要指标，但对一台模板印刷机或其它电子制作设备来说，它仅仅是量度真实产值的一个要素。电子制作业常常交换运用周期和吞吐量两个术语，事实上，它们在机器功用的量度工作中是两种不同的要素。

周期

周期的界说是机器能够完成的电路板的装卸、对位等基本功用使命的速度。一般包含以下内容：电路板进出机器的运动、电路板按已定方针（模板基准标记）进行校对、电路板运动到其有必要的方位，以及电路板传送到下道工序的时刻。机器主要功用的实践完成（在本例中是锡膏的实践印刷）一般要依赖于界说机器周期的各个公认元素。大多数状况下，锡膏印刷设备的供货商只把机器的周期界说为印刷电路板送进、送出机器，以及印刷电路板按已定方针（模板基准标记）校对的进程。

很多时分真正的印刷动作并不包含在锡膏印刷机的周期内。印刷动作在很大程度上依赖于运用的锡膏和出产的基板尺度。大多数现代锡膏印刷设备刮板的的运动速度能够远远快于实践锡膏印刷的要求。许多客户仍在运用那些有必要缓慢印制的锡膏，这常常成为锡膏印刷工艺周期的一个主要时刻要素。正是因为资料会发生很多影响变量，设备制作商便将周期的界说内容缩减为自己可控的那些项目。

我们应该把机器周期界说考虑得更广泛一些，以使更好地了解机器吞吐量与设备利用率。更广泛的界说除了包含上述一切功用，还需加上机器履行的一切“直接”(overhead)功用。“直接”功用界说是：不直接包含在电路板传送和准确印刷锡膏的实践操作中的一切其它机器功用。大多数的现代锡膏印刷机都能够履行许多“直接”功用，如模板清洗、二维(2D)印后查验、模板上锡膏的涂覆等，有些更先进的体系乃至供给对锡膏印刷的三维(3D)印后查验、慢速脱离(snap-off)、定位支撑针的装置，以及对计算进程操控和其它办理与质量数据的采集功用，作为机器的附加功用。

当选用机器周期的这种扩展界说时，很难对锡膏印刷机设备作出比较，因为一般状况下这些功用替代了手艺和离线的确保工艺质量功用。有必要花时刻来彻底了解每个“直接”功用怎么完成自己的使命，才干够对机器的功用作出正确的评价。在证明某项功用的价值时，机器履行直接使命的速度当然是主要考虑要素，一起，还有必要考虑机器将以怎样的精确度和可重复性履行直接操作。许多印刷设备能够并行地履行几个“直接”功用，这样不会因为添加功用构成吞吐量的实践丢失。假如机器能够并行地履行两、三个“直接”功用，而且仍能供给“最佳”的精确度和可重复性，则该机器（依照上述扩展界说办法）就具有最快的机器周期。

怎么有用评价印刷机的实践吞吐量？

为了有用评价一台印刷机的实践吞吐量，有必要考虑以下变量：

周期，及丈量电路板上板、定位、送至印刷高度、回到传送高度、下板的进程。但不包含实践的印刷动作。

印刷参数，包含：施加的力气、刮板运动及速度参数等。这些参数受电路板尺度、元件密度、元件间隔以及锡膏构成(因为不同的流变学特性，大型元件一般意味着不同的速度)的影响。

锡膏印刷周期的优化需求运用能够快速印刷的锡膏。电路路尺度越大，实践印刷动作对周期长短的影响就越重要。假如我们的锡膏每秒只能印刷 2 英寸，用它加工一块 12 英寸电路板的进程要耗时 6 秒种。假如换用一台每秒印刷 8 英寸的锡膏，则印刷时刻能够下降为 1.5 秒。

是否运用刮板或关闭印刷头？

关闭印刷头节省了将锡膏涂覆在模板上的时刻。即使运用了主动锡膏涂覆体系，机器也要花时刻将新的锡膏涂在模板上。当要从一种电路板转化到另一种电路板时，关闭印刷头更显示出独有的优势。因为一切的锡膏都现已装在关闭印刷头中。在清洁模板前，只需从模板上刮去很少数的锡膏。而且因为下一种产品的锡膏现已装在印刷头中了，锡膏的浪费量也很少。

锡膏涂覆：在运用刮板时，怎么向模板涂覆锡膏。影响它的要素包含涂覆办法（人工或主动涂覆），以及开孔密度和PCB的尺度，这些将决议锡膏弥补的频率。

操作软件的“易用性”

软件有必要易于运用。一切可控功用的操作都有必要易于了解。软件界面有必要尽或许直观以简化操作。这有助于机器的组装、转化以及正常运转，对体系长时刻出产的产值有很大影响。

模板清洗频率与办法。

一切的锡膏印刷工艺都需求按某种频度来清洁模板。模板擦洗的频度是多种变量的函数，包含模板规划、印刷电路板的最终外表处理（热风整平 HASL、浸银、浸镍/金、有机可焊性保护层OSP，等）、印刷进程中电路板的支持，等。即使是最优规划的锡膏印刷工艺也有必要进行模板清洁，所以我们有必要对某台机器怎么完成这一功用作出评价。一切的现代锡膏印刷设备均供给模板清洗功用。有必要清楚是否需求在履行模板清洁功用时运用真空或溶剂来帮忙清洗工作。

模板至电路板的慢速脱离间隔与速度。一切体系都各不相同，因为密度越来越高，有些 PCB 板需求更慢的别离速度，以改进模板与堆积锡膏的别离。

印后查验

大多数现代锡膏印刷设备都供给二维(2D)印后查验功用，有些还能够为关键设备的锡膏堆积供给三维(3D)印后查验功用。一切的 2D 和 3D 印后查验体系的工作各不相同，所以，要了解可丈量的各个变量、办法，以及懂得怎么运用成果数据，这对评价附加工作的价值非常重要。

安装与转化方案，包含相关的 MTTA。

当从一种产品变更为另一种产品时，需求进行大量的锡膏印刷设备的转化工作。许多锡膏印刷流程在一天里要进行数次转化。有必要清楚你的设备要花多少时刻才干从一种产品转化到另一种产品。哪些产品转化变量对机器的优化运转特别重要？

工艺计算操控策略（SPC）

如上所述，吞吐量是在给定时刻周期内安装完成的合格电路板数量。工艺质量对完成最高吞吐量至关重要，因而有必要尽或许“实时”地了解工艺运转的状况。我们不能在出产运转完毕后才通过发现的缺点进行补救式的优化工作。我们有必要发起一种“前瞻”式的出产，防止构成一种只被用来发现缺点的“反响”式出产。

清除办法

问题：能够用小刮铲来将误印的锡膏从板上去掉吗？这会不会将锡膏和小锡珠弄到孔里和小的缝隙里？解答：用小刮铲刮的办法来将锡膏从误印的板上去掉或许构成一些问题。一般可行的办法是将误印的板浸入一种兼容的溶剂中，如参加某种添加剂的水，然后用软毛刷子将小锡珠从板上去除。宁愿反复的浸泡与洗刷，而不要猛烈的干刷或铲刮。在锡膏印刷之后，操作员等待清洗误印的时刻越长，越难去掉锡膏。误印的板应该在发现问题之后立刻放入浸泡的溶剂中，因为锡膏在干之前简单清除。

防止用布条去抹擦，以防止锡膏和其他污染物涂抹在板的外表上。在浸泡之后，用轻柔的喷雾冲刷常常能够协助去掉不期望有的锡膏。一起还推荐用热风枯燥。假如运用了卧式模板清洗机，要清洗的面应该朝下，以允许锡膏从板上坠落。

按例，注意一些细节能够消除不期望有的状况，如锡膏的误印和从板上清除为固化的锡膏。在所期望的方位堆积恰当数量的锡膏是我们的方针。弄脏了的东西、干枯的锡膏、模板与板的不对位，都或许构成在模板底面乃至安装上有不期望有的锡膏。在印刷工艺期间，在印刷周期之间按必定的规则擦洗模板。确保模板坐落在焊盘上，而不是在阻焊层上，以确保一个清洁的锡膏印刷工艺。在线的、实时的锡膏查看和元件贴装之后回流之前的查看，都是对削减在焊接发生之前工艺缺点有协助的工艺进程。

关于密间隔(fine-pitch)模板，假如因为薄的模板横截面曲折构成引脚之间的损害，它会构成锡膏堆积在引脚之间，发生印刷缺点和/或短路。低粘性的锡膏也或许构成印刷缺点。例如，印刷机运转温度高或许刮刀速度高能够减小锡膏在运用中的粘性，因为堆积过多锡膏而构成印刷缺点和桥接。

总的来讲，对资料缺少足够的操控、锡膏堆积的办法和设备是在回流焊接工艺中缺点的主要原因。

什么类型的安装板的分板(depaneling)设备供给最好的成果？

有几种分板体系供给各种将安装板分板的技能。按例，在挑选这种设备时应该考虑许多要素。不论有没有定线(routing)、锯割(sawing)或冲切(blanking)用来将单个的板从组合板分开，分板进程中安稳的支撑是最重要的要素。没有支撑，发生的应力或许损害基板和焊接点。扭曲板、或在分板期间给安装发生应力都或许构成躲藏或明显的缺点。虽然锯割常常能够供给最小的空隙，可是用东西的剪切或冲切能够供给较清洁的、愈加受控的成果。

为了防止元件损害，许多安装商企图在要求分板的时分将元件焊接点坚持在间隔板的边际至少5.08mm。敏感的陶瓷电容或二极管或许要求格外的小心与考虑。