何谓SMT「红胶」制程?其实其正确名称应该是SMT「点胶」制程,因为大部分的胶都是红色的,所以才俗称「红胶」,实际上另外也有黄色的胶,这就跟我们经常称电路板表面的「solder mask」为「绿漆」是一样的道理。
参考文章最上面的图片说明,可以发现电阻及电容这些小零件的下面正中间都有一团红色的胶状物体,这个就是红胶,其最初被设计出来的目的是为了把SMD零件黏在电路板上,然后让电路板可以经过波焊(wave soldering)炉,让零件可以沾锡并与电路板上的焊垫接合,又不至于掉落到滚烫的波焊锡炉之中。
当初发展出这种红胶制程是因为当时还有很多电子零件无法从原本的插件(HTD, Through Hole Device)封装马上转换到表面贴焊(SMD)的封装。想像一下一块电路板上面有一半HTD零件,另外一半是SMD零件,你该如何安置些零件让它们都可以被自动焊接到板子上呢?一般的作法会把所有的THD与SMD零件都设计在电路板的同一面,SMD零件用锡膏印刷走回焊炉焊接,而剩下的THD零件因为所有焊脚都露在电路板的另外一面,所以可以用波焊锡炉制程一次把所有THD焊脚都焊接起来。
后来有聪明的工程师想到了一个可以节省电路板空间的方法,就是想办法在原本只有THD零件脚而没有任何零件的那一面放上零件,可是大多数的THD零件因为本体有太多的缝隙,或是零件材料无法承受锡炉的高温,所以无法放在板子过锡炉的这一面,而一般的SMD零件因为已经被设计成能够承受Reflow的高温了,既使浸泡在波焊锡炉中一小段时间也不会有问题,可是只印刷锡膏是没有办法让SMD过波焊炉的,因为锡炉的温度一定比锡膏的熔点温度来得高,这样SMD零件就会因为锡膏融化而掉进锡炉槽内。
当然,后来又有工程师想到了可以利用热固型的胶来黏着住SMD零件于电路板上,这种胶加热后就会固化,刚好可以使用Reflow炉来加热,这样就可以解决零件掉落锡槽的问题,红胶也因此诞生,所以电路板的尺寸又进一步缩小了,上面的图片可以说明SMD下面点着红胶过波焊炉与THD的pin脚共存于电路板的同一面。
之所以採用热固型的红胶是为了避免已经固化的胶在流经波焊炉时重新熔融,这样就失去了点红胶的目的了,所以如果你问「红胶可以像锡膏一样重复使用吗?」答案是否定的。
那是不是所有的SMD零件都可以点红胶过波焊炉呢?
很不幸的,只有一些双排脚往外伸的IC零件或是焊垫在两端的零件(如电阻、电容)可以走波焊制程,也有见过QFP这类四边都有脚的IC走波焊的,但是其脚间距必须要足够大才可以,否则会发生短路问题。
一般的连接器或是有缝隙的零件都不可以走波焊制程,因为锡液会污染其接触点或影响零件特性,而且太小的零件(一般0402以下)就会因为间距太小容易产生锡短路而无法走波焊锡炉问题。
更多的波焊资料可以参考【SMD零件可以走波焊(wave soldering)制程?】一文。
那红胶是如何被放置或点到电路板上的呢?
早期红胶制程兴盛的时候,在SMT产线会安装专门的点胶机(dispenser)来点红胶,那段时期偶而会有红胶与锡膏双制程出现,其目的是为了降低波焊时阴影效应(shadow effect)造成空焊的问题。
后来大部分电子零件渐渐改成了SMD封装后,大部分的点胶机就被从SMT线移除,偶有需要红胶时也可以採用钢板印刷的方式来达成,只是这么一来就没有办法同时印刷锡膏与红胶了。不过方法是人想出来的,也有人使用比较厚的钢板(3D立体钢板),在原本印刷锡膏的地方挖出防空洞避让开来,然后印刷红胶,只是比较麻烦,红胶的量也比较不易控制。
那红胶除了用来固定零件通过波焊外,在电路板上还可以有什么用途呢?
就因为红胶具有良好的固定作用,所以有时候会被用来强化零件固定在电路板上的能力辅助,比如说有些零件在摔落的测试当中容易掉落,就会有工程师想用红胶来增加零件黏着在电路板的强度;有些对外的连接器有时候会被客户抱怨容易被推掉,也会有工程师想用红胶来补强;更看过有工程师用红胶点在BGA的四个角落来降低锡裂的不良率;再来,因为现在的电路板已经是双面SMT制程了,一些比较重的零件如果摆放在第一面过炉,在第二次过回焊炉时会因为重力的关系而容易掉落,事先点上红胶就可以避免零件掉落的风险。
建议延伸阅读:为什么SMT二次回焊时第一面零件不会掉落?再回焊熔锡温度会升高?
不过这些使用红胶制程大多只能归为「短期对策」,以生产效率来说,增加一个工序就会多增加一定的工时,也就是增加成本,长期对策还是要用设计的方法来去除这种点红胶的措施。
延伸阅读:
合成石过炉托盘(Reflow carrier)
电子制造工厂如何产出一片电路板
波焊(Wave soldering)时零件摆放的设计规范
选择性波焊的使用条件(selective wave soldering)
贊助商广告
PayPal
欧付宝
熊大印胶一般也分为两种, 传统的钢板印胶与过完AI&RI后的铜板印胶,后者不用钢板的原因是需要避开零件脚的高度,在SMT零件处印胶后再进行打件,印胶的优点是比点胶机快速(纵使已经设计多头的胶管), 打完件后再一起过波峰焊, 虽然没有锡膏的红胶制程Reflow 温度约100~150C,60~180 sec 之类,但是还是需要注意卧式零件与立式零件的耐温性是否可以满足此支红胶的温度,毕竟许多DIP件也仅有耐85C啊
Reply
肥喵;
谢谢你的说明,用钢板印刷红胶基本上与点红胶的胶特性不太一样,黏度要比点胶要求要稍微高一些,因为要确保不会渗入钢板底下,也不会有钢板提起来后拉丝的问题,一般我看过的大多是黄胶。
Reply