将锡膏(solder paste)印刷于电路板再经过回焊炉(reflow oven)将电子零件焊接于电路板上,是现今电子组装制造业最普遍的制程工法。
锡膏的印刷其实有点像是在墙壁上油漆一般,所不同的,为了要更精确的将锡膏重复涂抹于电路板的一定位置与控制其锡膏量多寡,所以必须要使用一片所谓的「钢板(stencil)」来控制锡膏的印刷量与位置。
锡膏一旦印刷位置偏移太多就无法起到零件焊接的目的,还可能会出现一些意想不到的品质问题,比如说锡膏量印多了可能造成焊锡短路(short)、印少了则可能造成空焊(non-wetting)等缺失。
▼锡膏印刷前。电路板上只有镀金层。 | ▼锡膏印刷后,这里的锡膏被设计成「田」字型,来避免锡膏融锡后太过于集中于中心。 |
「锡膏」的成份主要由助焊剂(flux)与锡粉(powder)两大部分完全混合后所组成,它的名字之所以有个「膏」字,是因为它的型态就跟我们每天拿来刷牙的牙膏类似,都是稍带黏稠的膏状,可以用来印刷并黏附于电路板上,于室温下也不至于有太大的形变,「膏」状还可以用来黏住那些放置于电路板表面的电子零件,让这些零件既使在SMT线上流动/传送时有些微的振动下也不至于位移或掉落,而其最大的作用当然是在流经高温回焊炉(reflow oven)后熔融成为液体,并再重新凝固时将电子零件焊接并固定于电路板的特定位置上,达到电子讯号连通的目的。
想了解更多关于锡膏的知识可以参考【介绍并认识【锡膏(solder paste)】的基本知识(含助焊剂)】一文。
锡膏印刷作业有三种类型:
锡膏印刷有分成全自动、半自动、手动三种类型。
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全自动锡膏印刷机(Automatic solder paste screen printer)
一般大量生产的SMT线一定是全自动印锡膏产线,只要设定好锡膏印刷机的相关参数后,机器就可以自动进板(loading)、钢板自动对位、印刷锡膏(screen printing)、出板(unloading),经过输送带自动传送到下一个置件(pick & placement)的工站。 -
半自动锡膏印刷机(Semi-auto solder paste screen printer)
锡膏半自动印刷制程则大多出现在产品试产阶段,或是少量多样的产品线,它通常是离线作业不佔用整条SMT自动生产的资源,其进、退板及钢板对位也通常是手动操作,只有锡膏印刷自动操作,操作这类设备必须要是老师傅,否则容易产出不良板,选择这类制程通常是不想佔据一整条SMT的自动生产线,而且半自动锡膏印刷机也相对便宜。 -
手动印刷机(Manual solder paste screen printer)
这个通常出现在低价产品与劳力成本地的地区,或是一些业余的Maker身上,其作业方式相对简单与原始,全部手动操作,只需要钢板、刮刀与锡膏就可以完成作业,对于电路板上有细小零件脚间距者非常不建议採用此制程,除非你的操作技术真的非常好。
影响锡膏印刷品质的因素与注意事项:
锡膏印刷是电路板焊锡好坏的基础,其中锡膏的位置与锡量更是关键,经常见到锡膏印刷得不好,造成焊锡的短路(solder short)与空焊(solder empty)等问题出现。不过真的要把锡膏印刷好,还得考虑下列的因素:
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刮刀种类(Squeegee):锡膏印刷应该根据不同的锡膏或是红胶的特性来选择适当的刮刀,目前运用于锡膏印刷的刮刀都是使用不锈钢制成。
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刮刀角度:刮刀刮锡膏的角度,一般在45~60°之间。
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刮刀压力:刮刀的压力会影响锡膏的量(volume)。原则上在其他条件不变的情况下,刮刀的压力越大,则锡膏的量会越少。因为压力大,等于把钢板与电路板之间的空隙压缩了。
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刮刀速度:刮刀的速度也会直接影响到锡膏印刷的形状与锡膏量,更会直接影响到銲锡印刷的品质。一般刮刀的速度会被设定在20~80mm/s之间,原则上刮刀的速度必须配合锡膏的黏度,流动性越好的锡膏其刮刀速度应该要越快,否则会容易渗流。一般的情况下,刮刀的速度越快,其锡膏量会越少。
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钢板的脱模速度:脱模速度如果太快,容易造成锡膏拉丝或拉尖的现象,可能会影响到置件的效果。
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是否使用真空座(vacuum block)?真空座可以帮助电路板顺利平贴在固定位置,加强让钢板与电路板的密合度。有时候只有一次性少量生产的产品可以使用万用顶针/顶块来代替真空块。
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电路板是否变形(warpage)? 变形的电路板会让锡膏印出来不均匀,大多数的情况下都会造成短路。
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钢板开孔(stencil aperture)。钢板的开孔直接影响锡膏印刷的品质,这个需要专章讲解。
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钢板清洁。钢板的干净与否直接关系到锡膏印刷的品质,特别是钢板与PCB接触面,以避免钢板底下出现残余锡膏污染到PCB上不该有锡膏的位置。一般SMT制造厂会规定生产几片板子之后就要使用无尘擦拭纸来清洁钢板底部,有些甚至在印刷机上设计自动擦拭功能,也会规定每隔多少时间就要将钢板取下用溶剂及超音波震盪来清洗,目的是为了清除钢板开孔中残留的锡膏,特别是细间距的零件,以确保锡膏印刷不被阻塞。
延伸阅读:
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电子制造工厂如何产出一片电路板
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Thak you so much!!!
Reply
Dear Sir, thank you for your answer. I think I did not explain better. Let´s try again.
I have 1 stencil with 4mils thickness and I´d like do test if it is good or not regarding solder paste transfer so, I must print 1 PCB and measure the solder paste height and volume. Special related with height, for example:
4 mils stencil must measure 3,5 mils to 4,5 mils . I just to know the spec (minimum and maximum variation)
Reply
Yoshiya,
No. There is no specification for the thickness of solder paste printing. You shall check by yourself to see the printing result is good or not. Basically you can measure the mean value and standard deviation to see it meet your requirement or not.You shall know the how much volume of solder paste will make good or poor solder. As recommendation that you shall choice the critical component to check the solder paste printing result.
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Please, for stencil acceptance spec, which is he the minimum and maximum height for 3 mils, 4 mils and 5 mils stencils?
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Yoshiya,
I’m thinking you ask the thickness of stencil. If yes then my personal idea that you may follow the JIS or any industrial specification for the thickness of stencil. For example, you may check the JIS specification for it. Anyway, if there is special requirement then follow the agreement.
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大大您好,我的印锡机构仅分三层,上钢板,中为基板,下为有篓空分佈的吸真空平台(vacuum block)
不太明白您说的载具是指?另supporter是指?
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Jeff,
所以你用的是MPM?真空块就是supporter了,你的真空块中间的地方应该没有支撑,可以考虑板子中间附近找位置作支撑,这样才能确保中间位置的平整。
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大大您好,想请教您关于SMT印锡阶段的问题
condition:全自动上锡,基板厚:0.54mm, stencil厚0.08mm,solder paste:type-5,vacuum block layout:6*6,印锡压力与刮刀数度皆降至最低规
issue:在印锡时发现基板center区无法与stencil紧密贴合,怀疑在process中有warpage 的现象,导至锡膏有溢流造成bridge,而尝试将机台顶板的压力加大,让vacuum block与stencil间的间距缩小都无法解决此一现象,甚至有发生钢板大量残锡的现象。
–>想请教大大此一状况可能的原因及解决的方向,感谢
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Jeff,
你有做载具吗?0.54mm的板子过完第一面一般都会弯曲变形。
如果做第一面就有问题,那你应该量一下空版的变形量,追踪一下量过板子的锡膏印刷结果。
只有中间区域无法与stencil紧密贴合,你应该看看你的supporter是否恰当,另外可以稍微适量增加刮刀的压力。钢板的张力也要检查。
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你好,我想请问SMT问题
锡膏刷完到打件机打件到PCB上,零件是如何固定在PCB的呢?
是锡膏有黏性将零件黏住吗?
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天天,
就如同文章中说的锡膏类似牙膏可以稍微黏住电子零件使其不至于在电路板于轨道中移动时受震动偏移。
但是还未重新熔融的锡膏还不能完全黏住零件,所以原则上不建议将电路板拿离开轨道,否则零件还是会掉下来的。
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补充一下给Ben的回覆,要知道是不是stencil的问题,可以改使用手动配合专用清洗剂来清洁试试,就知道是不是Auto模式下真空力道的问题。
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~”~ … 我刚应徵到 锡膏印刷作业员 用的是 https://cbu01.alicdn.com/img/ibank/2013/022/142/910241220_898673249.310×310.jpg … 像这网路图片的半自动锡膏印刷机 我比较麻脑的是一开始校对钢板跟电路板位置 有时会被唸 金手指走位了 有时又说超出绿线了 有 IC 位置偏了 … 到底 … 标准是 印刷后 除了不要碰到白线 黑线 … 怎样才算置中咧
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铭韩,
老实说,你所说的金手指走位、超出绿线、IC位置偏,这些似乎都不是锡膏问题,或是你想表达的是这些零件的锡膏偏位?
锡膏印刷的重点就是印刷置中,还有锡膏量的管控。
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你好!想请教一下现在最薄的钢板(stencil)能做多薄?
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Leo;
Stencil最薄能做多少我不知道,但有见过0.07mm的。
Stencil太过于薄反而会失去锡膏印刷的能力。
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问题追加:
关键是如何定位,每次更换PCB板都要与印刷钢网对位,如今考虑用弹性PIN针定位PCB板的孔,可孔位要有调节功能,不知如何设计?另外,请问一般钢网所能承受多大阻力的弹性PIN针呢?因为考虑到钢网很薄!非常感谢您的帮助!
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Jean;
如果使用托盘,一般都会使用上下拖盘,这样才能固定软板,定位方面一般使用定位PIN,因为贴件的地方通常都会加补强板,有一定的厚度,细节有点忘记了。
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大家好:
请问,半自动锡膏印刷机在印刷软PCB板的时候,怎么去定位软PCB板,因为PCB板只有0.28mm厚度。而且,PCB板的大小不同。急!
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jean;
简单的做法,一般会把软板用可重复使用的双面胶贴在PCB上印刷锡膏贴片并过炉。
量产的作法会制作托盘,将FPC放在托盘上做定位,托盘可以做定位光学点,让锡膏印刷机及贴片机可以辨识定位。当然如果FPC本身就可以设计定位光学点最好。
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楼主您好!我学习了。能请教一下计算锡膏用量的方法吗?感谢!Shirley
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Shirley;
锡膏量的计算基本上是计算焊接的体积,如果是SMT零件,要计算零件脚四周侧面吃锡的三角形体积,焊脚下面的体积暂时可以忽略;而paste-in-hole的零件,要计算PTH的直筒体积减去零件脚的直径体积,依照IPC的要求至少要填满75%。而真正的锡膏印刷量需要留意助焊剂(Flux)的比率,因为锡膏溶化后,助焊剂是不会被计算入最终的焊锡量的,这个要看每家锡膏的成分,最终所剩余的金属焊料可能只有原来锡膏的50%而已。网路上有很多人的经验分享,可以自行Google一下【锡膏量 计算】就可以了。
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楼主你好,
我们SMT-薄基板制程现在遇到一个问题:锡渣(锡珠)残留在DIE区下方
钢板厚度0.07MM / 基板厚度0.35MM / 全自动印刷机速度70 / 刮刀压力0.6KG / 印一次清洁一次 / TYPE-4水洗锡膏
目前最大的困扰,锡珠残留不知道在哪环节地方产生…
目前的想法是,会不会是清洁真空力道过大,所以导致清洁时,钢板管壁内的锡珠被吸到钢板背面,所以下一片基板进来印刷时,锡珠就会黏在上面了。
有尝试过将清洁真空力道减少,但又会造成FLUX没办法清洁干净,而导致印刷桥接。
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Ben;
这个问题已经超出了我的能力范围,等看看会不会有好心人来回答吧!
或是到Facebook讨论区寻求帮助。https://www.facebook.com/groups/researchmfg/
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这正是我想学的知识!
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谢谢大大的解答,50PCS也能让我抽到2PCS看来是厂商的不幸也是我的幸运了.
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大大您好,想请教一下厂商有回覆[吃锡不足]的异常单.他的回覆是”机台轨道未设定好,导致PCB形成拱状,锡膏印刷时形成锡量不足”小弟想请问SMT线不都是滚轮带输送照理说应不会导致PCB形成拱状,应该跟锡膏量或是钢板厚度有关吧?
小弟并非SQE只是想朝此方向迈进,所以问的问题会比较呆滞,请见谅.
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小白;
SMT的机台有很多种,你所看到的用滚轮输送带来传送PCB仅是其中的一部分。
如果你仔细看一下电路板打件的时候,通常都是用铁块及定位柱来夹紧电路板的,
锡膏印刷的时候也是,但是这如果没有设定好的确有可能造成板湾的情形,
但一般来说这样的机会很少发生,因为锡膏印说刷之后还需要做锡膏的检查,
如果真的有这样的问题应该只会是少数的几片由于电路板的外观尺寸变化太太造成。
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